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电子工程多路选择器型抗辐射扫描单元全定制设计:集成电路可靠性提升的关键技术研究(可实现,有问题可联系博主)
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2025-07-05
17:04:14
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内容概要:本文档为一篇关于多路选择器型的抗辐射扫描单元全定制设计的本科毕业论文开题报告。论文背景强调航天事业的重要性及其对集成电路抗辐射性能的高要求。文中详细分析了辐射效应对集成电路的影响,如单粒子效应(SEE)和总剂量效应(TID),并介绍了常见的抗辐射加固方法,包括器件级、版图级、封装级和电路级加固。特别关注电路级加固,如冗余加固、RC滤波加固和C单元加固。论文的主要内容包括:基于SMIC 0.13微米工艺设计保护环抑制单粒子闩锁效应、使用DICE结构作为D触发器中的锁存器存储数据、设计多路选择器型的扫描单元电路、完成全定制设计的版图验证和物理信息提取。研究重点在于DICE触发器和C单元的防护机理及全定制设计方法,难点在于EDA软件的使用和物理信息抽取。 适合人群:具备电子工程基础知识,尤其是对集成电路设计和抗辐射加固感兴趣的本科生及研究生。 使用场景及目标:①了解辐射效应对集成电路的影响及抗辐射加固方法;②掌握基于SMIC 0.13微米工艺的全定制设计流程;③学习DICE触发器和C单元的防护机理及应用。 其他说明:论文详细列出了研究进度安排,并提供了丰富的参考文献,有助于读者深入了解抗辐射加固技术的发展历程和最新研究动态。
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1
大学本科生毕业论文(设计)开题报告
学 院
电子工程学院
专 业
集成电路设计与集成系统
姓 名
学 号
20215715
报告日期
2024 年 12 月 25 日
论文(设计)题目
多路选择器型的抗辐射扫描单元全定制设计
指导教师
曹贝
论文(设计)起止时间
2024 年 11 月 28 日至 2025 年 5 月 18 日(共 14 周)
一、论文(设计)研究背景与意义
航天事业是综合国力的象征,也是国防现代化的重要方面。随着神舟十九号载人飞
船的成功发射,我国的载人航天事业再上一层楼,这也意味着越来越多的超大规模集成
电路被应用到各类航天和卫星的控制系统中
[1]
,而这些起着核心作用的超大规模集成电
路在复杂的空间环境下,必须经受核辐射的考验。因此,在航天、航空领域对集成电路
芯片提出了抗辐射加固的性能要求。
宇宙空间环境中存在着各种高能量的辐射粒子,这些高能粒子会导致电离
[2]
,导致
在宇宙空间中的航天设备受到辐射的可能性大大提升,当这些辐射效应作用到集成电路
里的器件中,器件的逻辑状态极易受到改变,致使电子元器件受到破坏,芯片功能发生
错误,造成不可想象的后果。所以对元器件进行抗辐射加固有着高要求,提高标准单元
的可靠性对集成电路的可靠性有直接影响。
在宇宙空间工作环境下,引起大规模集成电路系统发生故障的主要原因就是辐射效
应。辐射效应导致电子元器件的性能下降、功能故障或严重损坏等影响。辐射效应主要
有单粒子效应和总剂量效应
[3]
。
单粒子效应(Single Event Effect,SEE),当单个高能粒子穿过半导体器件的灵敏区
域时,多余的电荷会在轨迹中积累,半导体器件电极收集到电荷,产生电流和电压的瞬
时扰动、器件逻辑状态发生跳变、闩锁、栅氧击穿甚至器件的烧毁等反应。
总剂量效应(Total Ionizing Dose,TID),在长期辐照过程中,粒子多次入射半导体
材料中会积累过量电荷,从而导致器件的阈值电压漂移、沟道和结漏流增加、场氧边缘
的漏电流增加、跨导减小、甚至栅氧击穿等。总剂量效应影响的主要是器件的界面区以
及氧化层。
SEE 在辐射效应中占据了主导地位。SEE 由失效机理不同分为单粒子翻转(Single
event upset,SEU)、单粒子闩锁(Single event latchup, SEL)、单粒子瞬态(Single Event
Transient,SET)、单粒子烧毁、单粒子位移损伤、单粒子栅穿等。这些效应造成的错误
分为硬错误和软错误
[4]
。其中单粒子烧毁、单粒子位移损伤、单粒子栅穿属于硬错误,
器件永远损坏,无法恢复。剩下的为软错误,可以通过一些办法恢复正常状态,所以主
要针对 SEU、SEL 以及 SET 进行抗辐射加固是关键。
通过对各种辐射效应机理进行研究,目前常见的抗辐射加固方法主要有:器件级加
固、版图级加固、封装级加固以及电路级加固
[5]
。通过对电路结构进行优化设计来实现
抗辐射的计数方案,在设计上具有很大的灵活性。相比传统的抗辐射加固技术,这种方
法对于材料与生产无特殊要求,也不受工艺限制,因此成本较低,实现方便,被广泛应
用于集成电路的设计中。
电路级加固不仅能有效降低单粒子翻转的翻转率,且可以最大程度上保证电路的性
能。常见的加固方法有:冗余加固、RC 滤波加固、C 单元加固等
[6]
。三模冗余(Triple
modular redundancy,TMR)技术属于空间冗余加固技术,主要对存储器以及时钟电路
进行加固
[7]
,TMR 技术的纠错能较强,但它是由三个相同的电路模块和一个比较器组
成,所以需要的器件较多,面积和功耗大大增加。C 单元加固技术是通过 C 单元结构来
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