[发明专利]一种CMOS数字集成电路总剂量效应建模方法及系统

说明书

本发明属于数字器件辐照效应模型的建模技术领域，公开了一种CMOS数字集成电路总剂量效应建模方法及系统，所述CMOS数字集成电路总剂量效应建模方法包括：选择或设计原始器件；获得原始器件的IBIS模型数据；提取输入端口的钳位管特性曲线和输出端口的晶体管特性曲线；根据钳位管特性曲线提取二极管模型参数，根据晶体管特性曲线提取MOS管模型参数；根据模型参数建立CMOS数字IC行为‑物理混合模型，并建立CMOS数字IC时序退化模型；根据总剂量效应造成的器件电特性退化，建立CMOS数字IC输出端口总剂量效应模型。本发明建立的模型既能反映CMOS数字器件的逻辑功能，为在辐照条件下进行系统仿真提供模型支持。

技术领域

本发明属于数字器件辐照效应模型的建模技术领域，尤其涉及一种CMOS数字集成电路总剂量效应建模方法及系统。

背景技术

目前，随着半导体技术的飞速发展，各种模拟、数字集成电路被广泛应用于航空航天、核工业及粒子物理等领域，它们处在各种电磁、高能粒子的辐射环境中，受到总剂量辐射、单粒子辐射及瞬时效应等多种辐射效应的影响，其工作可靠性及寿命周期受到了严峻的考验。其中，总剂量辐射效应更是受到了广泛的关注与研究。

近年来，随着计算机仿真技术的发展，电子系统辐射效应仿真为系统抗辐射设计、理论研究提供了有力支持，既缩短了研发周期又减少了开发费用。目前，对数字集成电路的总剂量效应建模研究主要有基于底层物理的晶体管级模型(SPICE模型)研究与基于功能的行为模型(IBIS模型)研究两类。晶体管级模型仿真精度高，适用范围广，但其计算开销大，仿真的电路规模受限，且由于物理模型涉及知识产权信息，半导体厂商往往不愿提供相应模型或对模型加密，难以用于总剂量效应的建模工作。行为级模型不涉及底层物理，模型简单，通用性好且仿真效率高，但IBIS模型描述的工作点固定，不同供电电压对应不同的IBIS模型，因此不能准确描述芯片供电电压不为设定值时的特性。其次，在对器件总剂量效应建模时，一个IBIS模型仅能描述特定总剂量点时的电特性，无法准确表征中间剂量点时的情况。

综上所述，现有的数字集成电路总剂量效应建模方法只能表征器件端口的行为特性，无法准确、连续地表征不同条件下器件的电特性。

通过上述分析，现有技术存在的问题及缺陷为：

(1)目前对数字集成电路的总剂量效应建模研究中，晶体管级模型SPICE计算开销大，仿真的电路规模受限，且由于物理模型涉及知识产权信息，半导体厂商往往不愿提供相应模型或对模型加密，难以用于总剂量效应的建模工作。

(2)行为级模型IBIS描述的工作点固定，不同供电电压对应不同的IBIS模型，因此不能准确描述芯片供电电压不为设定值时的特性。

(3)在对器件总剂量效应建模时，一个IBIS模型仅能描述特定总剂量点时的电特性，无法准确表征中间剂量点时的情况。

(4)现有的数字集成电路总剂量效应建模方法只能表征数字器件端口的行为特性，无法准确、连续地表征不同条件下器件的电特性问题。

解决以上问题及缺陷的难度为：

如何建立器件的总剂量效应模型，使得其既能反应器件的行为特性，又能表征器件端口的物理特性，并能根据总剂量效应对器件端口开关管的影响造成的器件功能退化，通过器件端口的物理模型参数变化体现。

解决以上问题及缺陷的意义为：

解决了物理模型获取困难、仿真复杂度高以及行为模型环境适用性不好的问题，为数字集成电路的抗辐照设计与研究提供了途径与参考。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种CMOS数字集成电路总剂量效应建模方法及系统，旨在解决现有的数字集成电路总剂量效应建模方法只能表征数字器件端口的行为特性，无法准确、连续地表征不同条件下器件的电特性问题。