抗輻射加固數(shù)字集成電路IO庫設(shè)計.pdf

1、航天系統(tǒng)中的集成電路，在空間輻射環(huán)境下將受到各種輻射效應(yīng)的影響。因此，在設(shè)計抗輻射集成電路時，必須在保證功能、性能和集成度等方面的同時，特別注意抗輻射性能的要求。采用半定制設(shè)計的方法，基于經(jīng)過驗證的單元庫進行設(shè)計，可以簡化設(shè)計流程，縮短設(shè)計周期，并可以最大程度的保證抗輻射集成電路對可靠性的要求。作為集成電路的重要組成部分的輸入輸出單元電路，不僅能為集成電路提供對外輸出驅(qū)動和接收外部輸入信號，還可以對內(nèi)部的集成電路以及I/O電路本身進行靜

2、電防護，但也因為高電壓和大尺寸成為對輻射敏感的部分。
　　本論文采用中芯國際0.13um工藝，設(shè)計了一套抗輻射加固的輸入輸出單元庫。此單元庫包括輸入單元、輸出單元、電源單元、地單元和填充單元等。
　　輸入單元使用四級反相器構(gòu)成的反相器鏈，將外界信號傳輸?shù)絻?nèi)部，其中外圍電壓（3.3V）與核心電壓（1.2V）的電平轉(zhuǎn)換是通過低電源電壓的鉗制作用將高電壓信號轉(zhuǎn)化成低電壓信號的。為了避免給電路中引入不定態(tài)，需要帶弱上拉作用的輸入單元

3、和帶弱下拉作用的輸入單元，它們與基本的輸入單元類似，但有一個不同的是，它們的上拉作用和下拉作用是通過在對應(yīng)的反相器的輸入端增加了一個MOS（Metal Oxide Semiconductor）管。為了使傳輸?shù)诫娐穬?nèi)部的信號是一個“干凈”的信號，可以在反相器鏈中增加一個施密特觸發(fā)器，通過器件轉(zhuǎn)換的門限電壓的區(qū)別濾除掉輸入信號上的噪聲。所有輸入單元的靜電防護電路都是采用的柵耦合MOS管和柵接地MOS管構(gòu)成的主次防護電路。
　　輸出單元

4、利用與非門和或非門延時不同的原理，分別驅(qū)動反相器的上拉器件和下拉器件，這樣可以比用反相器鏈直接驅(qū)動使功耗減小很多。在輸出單元中采用了由六管構(gòu)成的電平轉(zhuǎn)換電路。采用了柵接地MOS結(jié)構(gòu)構(gòu)成防護電路。
　　電源和地單元分為三個，一個單元為I/O器件提供1.2V的電源電壓，一個單元為 I/O器件單元提供3.3V的電源電壓，一個單元為I/O器件提供0V的電壓，即地電壓。在3.3V的單元中，加入了一個信號，這樣可以在用它來產(chǎn)生穩(wěn)定的3.3V電

5、源信號。填充單元是使得外圍I/O單元拼接成標(biāo)準(zhǔn)的環(huán)形并為外圍I/O單元供電的輔助單元。
　　I/O的抗輻射設(shè)計主要是從版圖的角度進行加固。對I/O影響最大的輻射效應(yīng)主要為總劑量輻射效應(yīng)和單粒子效應(yīng)?？倓┝枯椛湫?yīng)會造成閾值電壓的漂移和漏電流的產(chǎn)生，但隨著集成電路工藝按比例縮小，柵氧厚度越來越薄，閾值電壓漂移在0.13um工藝下的影響已經(jīng)可以忽略；產(chǎn)生的漏電流主要通過環(huán)柵晶體管的設(shè)計進行防護。單粒子效應(yīng)對I/O單元的影響主要體現(xiàn)在單