本發(fā)明屬于集成電路領(lǐng)域，具體涉及一種可探測輻射的電壓傳感器的電路設(shè)計(jì)方法。
背景技術(shù)：
：現(xiàn)有技術(shù)公開了隨著工藝尺寸的減少，芯片里的集成電路在高層太空或近地球空間越來越容易受到重粒子或質(zhì)子輻射影響而產(chǎn)生錯誤；其中，輻射如果發(fā)生在組合電路節(jié)點(diǎn)，可能引起單粒子瞬態(tài)脈沖，改變電路節(jié)點(diǎn)的邏輯狀態(tài)，該單粒子瞬態(tài)脈沖引起的錯誤值傳導(dǎo)到存儲單元會可能被捕捉存儲，產(chǎn)生單粒子翻轉(zhuǎn)事件；輻射如果發(fā)生在存儲單元的存儲節(jié)點(diǎn)，所引起單粒子瞬態(tài)脈沖可能直接導(dǎo)致存儲單元存儲錯誤數(shù)值，也產(chǎn)生單粒子翻轉(zhuǎn)事件；所以單粒子翻轉(zhuǎn)事件會改變存儲單元存儲的邏輯狀態(tài)，可能造成整體電路功能錯誤；因此，實(shí)際操作需要提出可探測輻射的電路設(shè)計(jì)方法，以便評估被測器件的抗輻射性能以及確定應(yīng)在器件中何處何時快速糾正輻射引起的差錯。集成電路中探測輻射的方法主要包含掃描測試、內(nèi)建自測試和檢錯碼等；其中，掃描測試方法使被測電路中所有觸發(fā)器既有存儲功能又有移位功能，并將這些觸發(fā)器鏈接成移位寄存器，測試向量通過該移位寄存器移到各個觸發(fā)器中，測試響應(yīng)也通過該移位寄存器移出被測電路，以觀察輻射效應(yīng)；內(nèi)建自測試方法在被測器件中構(gòu)造能自主產(chǎn)生測試向量和自主壓縮測試響應(yīng)的電路；測試向量生成電路產(chǎn)生的測試向量施加到被測模塊上，測試響應(yīng)經(jīng)測試壓縮電路壓縮后產(chǎn)生一個簽名值，該簽名值與預(yù)存的正確簽名值比較，以確定是否出現(xiàn)輻射引起的錯誤；實(shí)踐顯示，掃描測試與內(nèi)建自測試方法探測錯誤的時間較長，而且進(jìn)行探測時被測器件不能正常運(yùn)行；檢錯碼方法以漢明碼為代表，通過計(jì)算編碼的校驗(yàn)值，確定是否出現(xiàn)輻射起的錯誤；所述的檢錯碼方法探測錯誤的時間較短，而且進(jìn)行探測時被測器件還能正常運(yùn)行，但檢錯碼方法尚存在引起的額外面積開銷較大的缺陷。與本發(fā)明相關(guān)的參考文獻(xiàn)有：[1]BaumannR.SoftErrorsinAdvancedComputerSystems[J],IEEETransactionsonDeviceandMaterialsReliability,2005,22(3),pp.258-266[2]NambaK.,IkedaT.,ItoH.：ConstructionofSEUTolerantFlip-FlopsAllowingEnhancedScanDelayFaultTesting[J]，IEEETransactionsonVeryLargeScaleIntegration(VLSI)Systems,2010,18(9),pp.1265–1276[3]SanyalA.,AlamS.M.,KunduS.：ABuilt-InSelf-TestSchemeforSoftErrorRateCharacterization[C]，inInternationalSymposiumonQualityElectronicDesign,2008,pp.65–70[4]TauschH.J.SimplifiedBirthdayStatisticsandHammingEDAC[J],IEEETransactionsonNuclearScience,2009,56(2),pp.474–478[5]S.Yang.LogicSynthesisandOptimizationBenchmarksUserGuide,ResearchTrianglePark,NC:MicroelectronicsCenterofNorthCarolina(MCNC),1991。技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：本發(fā)明的目的是針對集成電路在高層太空或近地球空間易受到重粒子或質(zhì)子輻射影響而產(chǎn)生錯誤的問題，提出一種可探測輻射的電壓傳感器電路設(shè)計(jì)方法，具體涉及一種可探測輻射的電壓傳感器的制備方法，具體而言，本發(fā)明針對NMOS(NegativechannelMetalOxideSemiconductor)晶體管和PMOS(PositivechannelMetalOxideSemiconductor)晶體管提出不同電路結(jié)構(gòu)的電壓傳感器。本發(fā)明使用一個針對NMOS晶體管的電壓傳感器連接多個NMOS晶體管的P襯底接觸點(diǎn)，可以探測其中任何一個NMOS晶體管是否受到足夠強(qiáng)的輻射。本發(fā)明使用一個針對PMOS晶體管的電壓傳感器連接多個PMOS晶體管的N阱接觸點(diǎn)，可以探測其中任何一個PMOS晶體管是否受到足夠強(qiáng)的輻射。更具體的，本發(fā)明的一種可探測輻射的電壓傳感器的制備方法，其特征在于，其包括兩個步驟，下面分別加以詳述。步驟1：按照圖1所示電路結(jié)構(gòu)，采用傳統(tǒng)集成電路設(shè)計(jì)方法設(shè)計(jì)針對NMOS晶體管的電壓傳感器電路，按照圖2所示電路結(jié)構(gòu)，采用傳統(tǒng)集成電路設(shè)計(jì)方法設(shè)計(jì)針對PMOS晶體管的電壓傳感器電路；其中，按照圖1所示電路結(jié)構(gòu)，采用傳統(tǒng)集成電路設(shè)計(jì)方法設(shè)計(jì)監(jiān)測NMOS晶體管的電壓傳感器電路，按照圖2所示電路結(jié)構(gòu)，采用傳統(tǒng)集成電路設(shè)計(jì)方法設(shè)計(jì)監(jiān)測PMOS晶體管的電壓傳感器電路；在傳統(tǒng)集成電路設(shè)計(jì)方法中，NMOS晶體管的P襯底一般 接地，因而NMOS晶體管的漏極與P襯底之間PN結(jié)反向偏置，所以正常情況下NMOS晶體管的漏極與P襯底之間電流很小，幾乎可以忽略；PMOS晶體管的N阱一般接高電平Vdd，因而PMOS晶體管的漏極與N阱之間PN結(jié)也反向偏置，所以正常情況下，PMOS晶體管的漏極與N阱之間電流也很小，幾乎可以忽略；如果NMOS晶體管受到輻射，輻射引起的單粒子瞬態(tài)脈沖可能導(dǎo)致漏極和P襯底之間出現(xiàn)瞬時大電流，NMOS晶體管的P襯底接觸點(diǎn)電壓相應(yīng)的瞬時增高，P襯底接觸點(diǎn)這種瞬時電壓增高效應(yīng)會被圖1所示電壓傳感器探測并記錄；如果PMOS晶體管受到輻射，輻射引起的單粒子瞬態(tài)脈沖可能導(dǎo)致漏極和N阱之間出現(xiàn)瞬時大電流，PMOS晶體管的N阱接觸點(diǎn)電壓相應(yīng)的瞬時降低，N阱接觸點(diǎn)這種瞬時電壓降低效應(yīng)會被圖2所示電壓傳感器探測并記錄；圖1中，反相器INV1由PMOS晶體管P1和NMOS晶體管N1串接而成；反相器INV2由PMOS晶體管P2和NMOS晶體管N2串接而成，驅(qū)動電壓為Vdd的反相器INV1和INV2構(gòu)成傳統(tǒng)的存儲單元，節(jié)點(diǎn)VN和VNB是存儲節(jié)點(diǎn)，VN值與VNB值相反；例如當(dāng)VN值為1，經(jīng)反相器INV1反相后，VNB值變成0；VNB值再經(jīng)反相器INV2反相后，VN值又為1，這進(jìn)一步加強(qiáng)VN以前的數(shù)值1，從而使得存儲單元的存儲節(jié)點(diǎn)VN和VNB分別穩(wěn)定的存儲數(shù)值1和0；圖1中BN連接被測NMOS晶體管的P襯底接觸點(diǎn)，P襯底接觸點(diǎn)一般接地，其值為0，因而BN值也為0；由于BN值為0，NMOS晶體管N3和N4斷開；RST是重置信號，當(dāng)RST短時設(shè)置為1時，晶體管N5導(dǎo)通，VNB值為1，VN值相應(yīng)為0，當(dāng)RST再設(shè)置為0時，NMOS晶體管N5斷開，由反相器INV1和INV2構(gòu)成的存儲單元的存儲節(jié)點(diǎn)VN和VNB分別穩(wěn)定的存儲數(shù)值0和1，當(dāng)被測NMOS晶體管受到輻射時，它的P襯底接觸點(diǎn)的電壓會瞬時增高，BN的電壓也相應(yīng)瞬時增高；如果輻射強(qiáng)度足夠強(qiáng)，BN電壓會增高到使BN值從0變成1，則NMOS晶體管N3和N4導(dǎo)通，所以VN值從0變成1，VNB值從1變成0，由反相器INV1和INV2構(gòu)成的存儲單元使存儲節(jié)點(diǎn)VN和VNB分別穩(wěn)定的存儲數(shù)值1和0；待輻射效應(yīng)消失后，BN值從1恢復(fù)為0，NMOS晶體管N3和N4斷開，但由反相器INV1和INV2構(gòu)成的存儲單元仍然在存儲節(jié)點(diǎn)VN和VNB分別存儲數(shù)值1和0。存儲節(jié)點(diǎn)VN和VNB分別存儲1和0，表示被測NMOS晶體管受到足夠強(qiáng)的輻射；為了探測下一次輻射，可以又短時設(shè)置RST為1，將VNB值和VN值分別重置為1和0，然后再設(shè)置RST為0，準(zhǔn)備探測下一次輻射；圖1中BN可連接多個被測NMOS晶體管 的P襯底接觸點(diǎn)，其中任何一個NMOS晶體管受到足夠強(qiáng)的輻射都可以造成存儲節(jié)點(diǎn)VN和VNB分別存儲1和0，從而探測到該輻射；BN所連被測NMOS晶體管數(shù)量越多，其寄生電容就越大，被測NMOS晶體受到輻射時，BN電壓增高幅度就越低，VN從0變成1和VNB從1變成0的可能性就越低，因而該輻射被由反相器INV1和INV2構(gòu)成的存儲單元記錄的可能性就越低；為了探測到給定強(qiáng)度的輻射，BN所能允許連接的被測NMOS晶體管最大數(shù)量可通過傳統(tǒng)電路仿真或測試方法獲得；為了提高探測輻射的靈敏度，即降低所能探測輻射的強(qiáng)度，可增加圖1中各NMOS晶體管和PMOS晶體管柵極寬長比，以增加各晶體管的電流強(qiáng)度；為了減少電壓傳感器數(shù)量，即增加單個電壓傳感器中BN節(jié)點(diǎn)所連被測NMOS晶體管數(shù)量，也可增加圖1中各NMOS晶體管和PMOS晶體管柵極寬長比，以增加各晶體管的電流強(qiáng)度；圖1中各NMOS晶體管和PMOS晶體管柵極寬長比具體數(shù)值也可通過傳統(tǒng)電路仿真或測試方法獲得；圖2中，反相器INV1由PMOS晶體管P1和NMOS晶體管N1串接而成；反相器INV2由PMOS晶體管P2和NMOS晶體管N2串接而成；驅(qū)動電壓為Vdd的反相器INV1和INV2構(gòu)成傳統(tǒng)的存儲單元，節(jié)點(diǎn)VP和VPB是存儲節(jié)點(diǎn)，VP值與VPB值相反；例如當(dāng)VP值為1，經(jīng)反相器INV1反相后，VPB值變成0；VPB值再經(jīng)反相器INV2反相后，VP值又為1，這進(jìn)一步加強(qiáng)VP以前的數(shù)值1，從而使得存儲單元的存儲節(jié)點(diǎn)VP和VPB分別穩(wěn)定的存儲數(shù)值1和0；圖2中BP連接被測PMOS晶體管的N阱接觸點(diǎn)，N阱接觸點(diǎn)一般接Vdd，其值為1，因而BP值也為1；由于BP值為1，PMOS晶體管P3和P4斷開；RST是重置信號，當(dāng)RST短時設(shè)置為1時，晶體管N3導(dǎo)通，VPB值為0，VP值相應(yīng)為1；當(dāng)RST再設(shè)置為0時，NMOS晶體管N3斷開，由反相器INV1和INV2構(gòu)成的存儲單元的存儲節(jié)點(diǎn)VP和VPB分別穩(wěn)定的存儲數(shù)值1和0；當(dāng)被測PMOS晶體管受到輻射時，它的N阱接觸點(diǎn)的電壓會瞬時降低，BP的電壓也相應(yīng)瞬時降低；如果輻射強(qiáng)度足夠強(qiáng)，BP電壓會降低到使BP值從1變成0，則PMOS晶體管P3和P4導(dǎo)通，所以VP值從1變成0，VPB值從0變成1，由反相器INV1和INV2構(gòu)成的存儲單元使存儲節(jié)點(diǎn)VP和VPB分別穩(wěn)定的存儲數(shù)值0和1；待輻射效應(yīng)消失后，BP值從0恢復(fù)為1，PMOS晶體管P3和P4斷開，但由反相器INV1和INV2構(gòu)成的存儲單元仍然在存儲節(jié)點(diǎn)VP和VPB分別存儲數(shù)值0和1；存儲節(jié)點(diǎn)VP和VPB分別存儲0和1，表示被測PMOS晶體管受到足夠強(qiáng)的輻射；為了探測下一次輻射，可以又短時設(shè)置RST為1，將VPB值和VP值分別重置為0和1，然后再設(shè)置RST為 0，準(zhǔn)備探測下一次輻射；圖2中BP可連接多個被測PMOS晶體管的N阱接觸點(diǎn)，其中任何一個PMOS晶體管受到足夠強(qiáng)的輻射都可以造成存儲節(jié)點(diǎn)VP和VPB分別存儲0和1，從而探測到該輻射；BP所連被測PMOS晶體管數(shù)量越多，其寄生電容就越大，被測PMOS晶體受到輻射時，BP電壓降低幅度就越低，VP從1變成0和VPB從0變成1的可能性就越低，因而該輻射被由反相器INV1和INV2構(gòu)成的存儲單元記錄的可能性就越低；為了探測到給定強(qiáng)度的輻射，BP所能允許連接的被測PMOS晶體管最大數(shù)量可通過傳統(tǒng)電路仿真或測試方法獲得；為了提高探測輻射的靈敏度，即降低所能探測輻射的強(qiáng)度，可增加圖2中各NMOS晶體管和PMOS晶體管柵極寬長比，以增加各晶體管的電流強(qiáng)度；為了減少電壓傳感器數(shù)量，即增加單個電壓傳感器中BP節(jié)點(diǎn)所連被測PMOS晶體管數(shù)量，也可增加圖2中各NMOS晶體管和PMOS晶體管柵極寬長比，以增加各晶體管的電流強(qiáng)度；圖2中各NMOS晶體管和PMOS晶體管柵極寬長比具體數(shù)值也可通過傳統(tǒng)電路仿真或測試方法獲得；步驟2：將圖1所示電壓傳感器中BN節(jié)點(diǎn)連接被測NMOS晶體管P襯底接觸點(diǎn)，對重置信號RST操作，根據(jù)存儲節(jié)點(diǎn)VN和VNB數(shù)值，探測NMOS晶體管是否受到足夠強(qiáng)的輻射；將圖2所示電壓傳感器中BP節(jié)點(diǎn)連接被測PMOS晶體管N阱接觸點(diǎn)，對重置信號RST操作，根據(jù)存儲節(jié)點(diǎn)VP和VPB數(shù)值，探測PMOS晶體管是否受到足夠強(qiáng)的輻射：其中，依次進(jìn)行步驟2.1、步驟2.2、步驟2.3；在步驟2.1中，將圖1所示電壓傳感器中BN節(jié)點(diǎn)連接被測NMOS晶體管P襯底接觸點(diǎn)，將圖2所示電壓傳感器中BP節(jié)點(diǎn)連接被測PMOS晶體管N阱接觸點(diǎn)；為了減少電壓傳感器數(shù)量，單個電壓傳感器中BN節(jié)點(diǎn)可連接多個NMOS晶體管，以探測其中任何一個NMOS晶體管是否受到足夠強(qiáng)的輻射；單個電壓傳感器中BP節(jié)點(diǎn)可連接多個PMOS晶體管，以探測其中任何一個PMOS晶體管是否受到足夠強(qiáng)的輻射；為了探測到給定強(qiáng)度的輻射，圖1所示電壓傳感器中BN節(jié)點(diǎn)所能允許連接的被測NMOS晶體管最大數(shù)量和圖2所示電壓傳感器中BP節(jié)點(diǎn)所能允許連接的被測PMOS晶體管最大數(shù)量可通過傳統(tǒng)電路仿真或測試方法獲得；在步驟2.2中，設(shè)置圖1中RST值為1，將VNB值和VN值分別重置為1和0；設(shè)置圖2中RST值為1，將VPB值和VP值分別重置為0和1；在步驟2.3中，設(shè)置圖1中RST值為0，以探測NMOS晶體管受到的輻射；設(shè)置圖2中RST值為0，以探測PMOS晶體管受到的輻射；圖1中存儲節(jié)點(diǎn)VN和VNB分別穩(wěn)定存儲數(shù)值1和0，表示被測NMOS晶體管受到足夠強(qiáng)的輻射；圖2中儲節(jié)點(diǎn)VP和VPB分別穩(wěn)定存儲數(shù)值0和1，表示被測PMOS晶體管受到足夠強(qiáng)的輻射；圖1和圖2所示電壓傳感器所能探測到的最低輻射強(qiáng)度可通過傳統(tǒng)電路仿真或測試方法獲得。為了探測下一次輻射，可重新依次執(zhí)行步驟2.2、步驟2.3。本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)：本發(fā)明針對NMOS晶體管和PMOS晶體管提出不同電路結(jié)構(gòu)的電壓傳感器。本發(fā)明使用一個針對NMOS晶體管的電壓傳感器連接多個NMOS晶體管的P襯底接觸點(diǎn)，以探測其中任何一個NMOS晶體管是否受到足夠強(qiáng)的輻射；使用一個針對PMOS晶體管的電壓傳感器連接多個PMOS晶體管的N阱接觸點(diǎn)，以探測其中任何一個PMOS晶體管是否受到足夠強(qiáng)的輻射。本發(fā)明具有額外面積開銷小，輻射探測時間短的優(yōu)點(diǎn)。附圖說明圖1為本發(fā)明的監(jiān)測NMOS晶體管的電壓傳感器電路結(jié)構(gòu)示意圖。圖2為本發(fā)明的監(jiān)測PMOS晶體管的電壓傳感器電路結(jié)構(gòu)示意圖。具體實(shí)施方式實(shí)施例1實(shí)驗(yàn)中，采用傳統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)電路設(shè)計(jì)方法實(shí)現(xiàn)6個無輻射探測能力的基準(zhǔn)電路bigkey,dsip,S38417,S13207.1,S15850.1,S38584.1，然后再用掃描測試方案2[參考文獻(xiàn)2]、內(nèi)建自測試方案3[參考文獻(xiàn)3]、漢明檢錯碼方案4[參考文獻(xiàn)4]和本發(fā)明分別在這些基準(zhǔn)電路基礎(chǔ)上增加輻射探測電路，使之具有輻射探測能力；分別對這些采用不同方案實(shí)現(xiàn)的基準(zhǔn)電路隨機(jī)輻射1000次，測試所得的輻射探測成功次數(shù)、輻射探測時間、電路面積和功耗平均值，測試實(shí)驗(yàn)結(jié)果如表1所示。表1中的探測時間、面積和功耗經(jīng)過了歸一化處理，其數(shù)值是相對于本發(fā)明方案的輻射探測時間、所實(shí)現(xiàn)電路面積和功耗 的倍數(shù)，表1表明，本發(fā)明的輻射探測時間最短，電路面積和功耗最小，而且輻射探測成功次數(shù)高。表1探測成功次數(shù)、探測時間、面積和功耗比較方案探測成功次數(shù)探測時間面積功耗本發(fā)明的輻射探測方法1000111掃描測試方法1000520.631.211.24內(nèi)建自測試方法986106.271.101.12漢明檢錯碼方法10001.051.371.39。 當(dāng)前第1頁1 2 3