本發(fā)明屬于抗輻照復(fù)雜集成電路技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種抗輻照復(fù)雜集成電路單粒子錯(cuò)誤率截面的預(yù)估方法，可用于對(duì)航天微電子器件抗輻照性能的評(píng)估。

背景技術(shù)：

隨著我國(guó)航天技術(shù)以及集成電路工藝的迅猛發(fā)展，宇航用抗輻照集成電路的集成度不斷提高，呈現(xiàn)出模塊多、規(guī)模大、集成度高、結(jié)構(gòu)復(fù)雜等特點(diǎn)?？馆椪諒?fù)雜集成電路空間在軌運(yùn)行時(shí)，時(shí)常會(huì)遭受宇宙帶電粒子的襲擊，致使電路功能輸出錯(cuò)誤甚至功能失效，如何從地面模擬加速試驗(yàn)中能更加可惜合理的預(yù)估宇航用復(fù)雜集成電路的抗輻照性能，是抗輻照復(fù)雜集成電路單粒子性能評(píng)估領(lǐng)域所面臨的新的挑戰(zhàn)。

傳統(tǒng)的基于地面模擬加速試驗(yàn)的復(fù)雜集成電路單粒子性能評(píng)估方法主要采用內(nèi)建自測(cè)試結(jié)構(gòu)或典型工作模式對(duì)其單粒子錯(cuò)誤率截面進(jìn)行評(píng)估，主要是從可測(cè)性設(shè)計(jì)角度出發(fā)，通過在電路內(nèi)部建立特定的測(cè)試結(jié)構(gòu)，例如scan鏈，mbist等，對(duì)內(nèi)部的存儲(chǔ)類單元進(jìn)行單獨(dú)測(cè)試；對(duì)電路內(nèi)部邏輯部分的抗輻照性能只是在典型工作模式下進(jìn)行單獨(dú)評(píng)估；上述方法均沒有對(duì)抗輻照復(fù)雜集成電路在地面模擬加速試驗(yàn)環(huán)境下整體的抗輻照性能做出較為合理的評(píng)估。

傳統(tǒng)的空間環(huán)境下的抗輻照復(fù)雜集成電路的抗輻射性能評(píng)估方法主要是基于地面單一全功能測(cè)試程序下的單粒子錯(cuò)誤率截面進(jìn)行預(yù)估，沒有考慮具體空間環(huán)境下電路的工作模式和內(nèi)部資源調(diào)用情況的影響，使得評(píng)估結(jié)果往往離實(shí)際結(jié)果相差甚遠(yuǎn)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種抗輻照復(fù)雜集成電路單粒子錯(cuò)誤率截面的預(yù)估方法，以實(shí)現(xiàn)在地面模擬加速試驗(yàn)和空間應(yīng)用程序下對(duì)復(fù)雜集成電路的單粒子錯(cuò)誤率截面的評(píng)估。

本發(fā)明的技術(shù)思路是根據(jù)整個(gè)電路的單粒子錯(cuò)誤率截面與各模塊的單粒子本征錯(cuò)誤截面、占空因子的相關(guān)性，建立單粒子錯(cuò)誤率截面預(yù)估模型；將所有工作模式中各模塊的最大占空因子代入該預(yù)估模型，預(yù)估出電路的最劣單粒子錯(cuò)誤率截面，其技術(shù)方案包括如下以下兩種：

技術(shù)方案1：

一種抗輻照復(fù)雜集成電路地面最劣的單粒子錯(cuò)誤率截面的預(yù)估方法，其特征在于包括：

(1)根據(jù)電路的系統(tǒng)功能編制地面全功能試驗(yàn)程序，按照占空因子相等，輻射效應(yīng)類型相同和物理版圖可劃分的原則，將電路劃分成多個(gè)模塊，并求出各模塊的在地面加速試驗(yàn)條件下的占空因子fj,i；

(2)構(gòu)造含有占空因子和各模塊的本征單粒子錯(cuò)誤率截面的單粒子錯(cuò)誤率截面預(yù)估模型：

其中，σi為第i個(gè)模塊的本征單粒子錯(cuò)誤率截面；fj,i為第i個(gè)模塊在第j個(gè)試驗(yàn)程序時(shí)的占空因子；為電路在運(yùn)行第j個(gè)程序pj時(shí)電路級(jí)的單粒子錯(cuò)誤率截面，j、i為1,2,3，...n，n為電路可劃分的最大模塊數(shù)；

(3)通過<1>式求出各模塊的本征單粒子錯(cuò)誤率截面σi；

(4)求出抗輻照復(fù)雜集成電路在所有應(yīng)用條件下全功能模式工作時(shí)各模塊的最大占空因子fmax,i；

(5)根據(jù)步驟(4)得到各模塊的地面最大占空因子fmax,i和步驟(3)得到各模塊的本征單粒子錯(cuò)誤率截面σi，利用<1>式，得出地面最劣的單粒子錯(cuò)誤率截面σworst。

技術(shù)方案2：

一種抗輻照復(fù)雜集成電路空間單粒子錯(cuò)誤率截面的預(yù)估方法，其特征在于包括：

1)根據(jù)電路的系統(tǒng)功能編制地面全功能試驗(yàn)程序，按照占空因子相等，輻射效應(yīng)類型相同和物理版圖可劃分的原則，將電路劃分成多個(gè)模塊，并求出各模塊的在地面加速試驗(yàn)條件下的占空因子fj,i；

2)構(gòu)造含有占空因子和各模塊的本征單粒子錯(cuò)誤率截面的單粒子錯(cuò)誤率截面預(yù)估模型：

其中，σi為第i個(gè)模塊的本征單粒子錯(cuò)誤率截面；fj,i為第i個(gè)模塊在第j個(gè)試驗(yàn)程序時(shí)的占空因子；為電路在運(yùn)行第j個(gè)程序pj時(shí)電路級(jí)的單粒子錯(cuò)誤率截面，j、i為1,2,3，...n，n為電路可劃分的最大模塊數(shù)；

3)通過<1>式求出各模塊的本征單粒子錯(cuò)誤率截面σi；

4)計(jì)算各模塊在空間應(yīng)用環(huán)境下的占空因子fspace,i；

5)根據(jù)步驟4)得到在空間應(yīng)用環(huán)境下的占空因子fspace,i和步驟3)得到各模塊的本征單粒子錯(cuò)誤率截面σi，利用式<1>，得出空間應(yīng)用環(huán)境下的單粒子錯(cuò)誤率截面σspace。

本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比的有益效果在于：

1.現(xiàn)有的抗輻照復(fù)雜集成電路單粒子錯(cuò)誤率截面預(yù)估方法沒有考慮電路內(nèi)部各模塊在程序執(zhí)行過程中的占用情況，也沒有與空間應(yīng)用程序下的單粒子錯(cuò)誤率截面建立合理的邏輯關(guān)系。特別是針對(duì)一些單粒子效應(yīng)較為敏感的模塊，在空間實(shí)際應(yīng)用過程中，可能會(huì)出現(xiàn)模塊占用較少，而地面卻過度評(píng)估而評(píng)估失效的情況。本發(fā)明將單粒子錯(cuò)誤率截面與電路內(nèi)部各模塊的單粒子本征錯(cuò)誤率截面及占空因子建立了邏輯聯(lián)系，從而能更加合理的對(duì)空間應(yīng)用程序下電路的單粒子錯(cuò)誤率截面進(jìn)行預(yù)估。

2.現(xiàn)有的抗輻照復(fù)雜集成電路單粒子錯(cuò)誤率截面預(yù)估方法無法確定電路的最劣錯(cuò)誤率截面，無法滿足第三方評(píng)估機(jī)構(gòu)的要求；而本發(fā)明采用最大占空因子、各模塊本征錯(cuò)誤率截面，結(jié)合電路的單粒子錯(cuò)誤率預(yù)估模型，能實(shí)現(xiàn)對(duì)電路最劣單粒子錯(cuò)誤率截面的預(yù)估，可滿足第三方評(píng)估機(jī)構(gòu)的要求。

附圖說明

圖1是本發(fā)明抗輻照復(fù)雜集成電路地面最劣的單粒子錯(cuò)誤率截面預(yù)估實(shí)現(xiàn)流程圖；

圖2是本發(fā)明抗輻照復(fù)雜集成電路空間單粒子錯(cuò)誤率截面預(yù)估實(shí)現(xiàn)流程圖；

圖3是用國(guó)產(chǎn)sparcv8架構(gòu)微處理器重離子試驗(yàn)對(duì)本發(fā)明實(shí)施例1的驗(yàn)證結(jié)果圖；

圖4是用國(guó)產(chǎn)sparcv8架構(gòu)微處理器脈沖激光試驗(yàn)數(shù)據(jù)對(duì)本發(fā)明工程簡(jiǎn)化處理的試驗(yàn)結(jié)果圖。

具體實(shí)施方式

以下結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案和效果做進(jìn)一步詳細(xì)描述。

實(shí)施例1：對(duì)抗輻照復(fù)雜集成電路的地面最劣的單粒子錯(cuò)誤率截面進(jìn)行預(yù)估計(jì)。

參照?qǐng)D1，本實(shí)例的實(shí)現(xiàn)步驟如下：

步驟1，按劃分原則對(duì)電路進(jìn)行劃分。

1.1)根據(jù)抗輻照復(fù)雜集成電路的系統(tǒng)功能編制地面全功能試驗(yàn)程序。

編制電路全功能模式下的測(cè)試程序，測(cè)試程序的個(gè)數(shù)可以大于或等于步驟1所劃分的模塊個(gè)數(shù)。測(cè)試程序原則上應(yīng)該滿足以下設(shè)計(jì)原則：

(1)能夠調(diào)用電路內(nèi)部所有的基本單元，具有完整的功能。

(2)不同的測(cè)試程序之間所調(diào)用電路內(nèi)部資源的情況盡量不同。

(3)所有的測(cè)試程序應(yīng)該能夠盡可能的包含電路所有的工作模式。

1.2)按照占空因子相等、輻射效應(yīng)類型相同和物理版圖可劃分的原則，將劃分成多個(gè)模塊：

首先，分析全功能模式下電路內(nèi)部在不同程序工作模式下各資源的占用情況，根據(jù)占空因子是否相同，將相同資源劃為同一模塊。

然后再根據(jù)輻射效應(yīng)類型是否相同，這里的輻射效應(yīng)類型包括：?jiǎn)瘟Ｗ臃D(zhuǎn)、單粒子閂鎖、單粒子功能中斷、單粒子燒毀、單粒子擊穿等；將已經(jīng)得到的模塊按照單粒子效應(yīng)類型是否相同進(jìn)行再次劃分。

最后，針對(duì)以上劃分好的模塊，進(jìn)一步分析電路的物理版圖，將物理上除互連線以外的版圖區(qū)域進(jìn)行再劃分，如果物理版圖上不能進(jìn)行再劃分，可不再進(jìn)行細(xì)分。

最終，我們得到電路的多個(gè)模塊，每個(gè)模塊均有相同的占空因子、相同的單粒子效應(yīng)類型。

1.3)并求出各模塊在地面加速試驗(yàn)條件下的占空因子fj,i。

針對(duì)不同地面試驗(yàn)程序，分別按照試驗(yàn)程序調(diào)用電路內(nèi)部第i個(gè)模塊的時(shí)間tj,i與整個(gè)地面試驗(yàn)程序執(zhí)行總時(shí)間t的百分比來計(jì)算電路內(nèi)部各模塊的占空因子fj,i：

步驟2，建立含有各模塊占空因子和本征單粒子錯(cuò)誤截面的單粒子錯(cuò)誤率截面預(yù)估模型。

依據(jù)概率論及數(shù)理統(tǒng)計(jì)理論，根據(jù)各模塊的單粒子錯(cuò)誤率截面的相對(duì)獨(dú)立性，將各模塊的單粒子錯(cuò)誤率截面σi和占空因子的乘積項(xiàng)fj,i進(jìn)行求和，建立單粒子錯(cuò)誤率截面預(yù)估模型為：

步驟3，求出各模塊的本征單粒子錯(cuò)誤率截面σi。

3.1)通過地面模擬試驗(yàn)，獲取復(fù)雜集成電路的單粒子錯(cuò)誤率截面

針對(duì)不同的測(cè)試程序，獲得電路在地面加速試驗(yàn)條件下的單粒子錯(cuò)誤率截面這里的地面加速試驗(yàn)手段包含重離子輻照試驗(yàn)以及脈沖激光單粒子輻照試驗(yàn)；

3.2)聯(lián)立求解本征單粒子錯(cuò)誤率截面：

由于方程的個(gè)數(shù)和程序的個(gè)數(shù)是相同的，因此單粒子錯(cuò)誤率截面預(yù)估模型方程組理論上肯定有解，如果不能求得方程組的合理解，可再次編制不同的測(cè)試程序，直到方程組可以求解。

步驟4，將不同程序下的各模塊的占空因子進(jìn)行比較，求出各模塊的最大占空因子fmax,i：

fmax,i＝max{f1,i,f2,i,fk,ifn,i}

其中fk,i為第i模塊在運(yùn)行第k個(gè)應(yīng)用程序時(shí)的占空因子，k為1,2,3，...n，n為電路可劃分的最大模塊數(shù)。

步驟5，根據(jù)步驟3所得的各模塊的本征單粒子錯(cuò)誤率截面σi和步驟4所得空間應(yīng)用程序下各模塊的最大占空因子fmax,i，利用式<1>得到抗輻照復(fù)雜集成電路地面最劣的單粒子錯(cuò)誤率截面σworst：

其中，i為1,2,3，...n，n為電路可劃分的最大模塊數(shù)。

實(shí)施例2：對(duì)抗輻照復(fù)雜集成電路的空間應(yīng)用環(huán)境下的單粒子錯(cuò)誤率截面進(jìn)行預(yù)估計(jì)。

參照?qǐng)D2，本實(shí)例的實(shí)現(xiàn)步驟如下：

步驟一，按劃分原則對(duì)電路進(jìn)行劃分。

本步驟的實(shí)施與實(shí)例1中的步驟1相同。

步驟二，建立含有各模塊占空因子和本征單粒子錯(cuò)誤截面的單粒子錯(cuò)誤率截面預(yù)估模型。

本步驟的實(shí)施與實(shí)例1中的步驟2相同。

步驟三，求出各模塊的本征單粒子錯(cuò)誤率截面σi。

本步驟的實(shí)施與實(shí)例1中的步驟3相同。

步驟四，計(jì)算空間應(yīng)用程序下各模塊的占空因子。

根據(jù)空間程序調(diào)用電路內(nèi)部第i個(gè)模塊的時(shí)間ts,i與整個(gè)電路執(zhí)行總時(shí)間t的百分比來計(jì)算電路內(nèi)部各模塊的占空因子fspace,i，即：

步驟五，根據(jù)步驟三所得的各模塊的本征單粒子錯(cuò)誤率截面σi和步驟四所得空間應(yīng)用程序下各模塊的占空因子fspace,i，利用式<1>得到抗輻照復(fù)雜集成電路在空間應(yīng)用環(huán)境下的單粒子錯(cuò)誤率截面σspace。

i為1,2,3，...n，n為電路可劃分的最大模塊數(shù)。

本發(fā)明的效果可以通過以下工程試驗(yàn)進(jìn)一步驗(yàn)證說明：

一.驗(yàn)證電路：國(guó)產(chǎn)sparcv8架構(gòu)微處理器。

二.驗(yàn)證裝置：

國(guó)產(chǎn)重離子輻照試驗(yàn)終端；

國(guó)產(chǎn)激光微束單粒子效應(yīng)模擬系統(tǒng)。

三.驗(yàn)證粒子

氯(cl)粒子，鈦(ti)粒子,，鍺(ge)粒子，鉍(bi)粒子。

四.驗(yàn)證步驟

首先，對(duì)sparcv8微處理器的see敏感性模塊進(jìn)行劃分，本試驗(yàn)中劃分為三個(gè)模塊，分別為：cache模塊、regfile模塊和組合邏輯模塊；

接著，根據(jù)電路全功能工作模式調(diào)研內(nèi)部資源模塊的使用情況，編制3組驗(yàn)證程序和2組全功能試驗(yàn)程序，其中：

3組驗(yàn)證程序包含一組實(shí)現(xiàn)邏輯的加減運(yùn)算和乘除運(yùn)算的程序、一組實(shí)現(xiàn)對(duì)邏輯接口的訪問的程序和一組實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸和外圍存儲(chǔ)單元的訪問的程序，每組程序均具有完整的功能，三組程序的作用是驗(yàn)證模型的有效性；

2組全功能試驗(yàn)程序分別為常用的標(biāo)準(zhǔn)perm程序和tower程序，用于獲取電路的本征錯(cuò)誤率截面和最大占空因子；

然后，利用激光微束輔助獲取三個(gè)模塊的相對(duì)敏感性，根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果對(duì)單粒子錯(cuò)誤率預(yù)估模型進(jìn)行簡(jiǎn)化；

最后，對(duì)所有的試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，獲得地面的最劣單粒子錯(cuò)誤率截面以及3組驗(yàn)證程序下的單粒子錯(cuò)誤率截面，并對(duì)比分析預(yù)估模型的有效性。

五.驗(yàn)證結(jié)果

1.利用激光微束對(duì)單粒子錯(cuò)誤率預(yù)估模型進(jìn)行簡(jiǎn)化：

選用不同的激光能量，采用背入射的方法，對(duì)被測(cè)電路進(jìn)行了輻照，獲得了能量和三個(gè)模塊單粒子錯(cuò)誤率截面之間的數(shù)據(jù)，如圖4所示。

圖4結(jié)果表明：組合邏輯模塊的功能錯(cuò)誤截面相對(duì)cache和register類存儲(chǔ)單元要小的多，即在2個(gè)量級(jí)以上，因此，在進(jìn)行地面最劣的單粒子錯(cuò)誤率截面預(yù)估時(shí)可忽略不計(jì)組合邏輯模塊的本征錯(cuò)誤率截面和占空因子乘積項(xiàng)的影響，實(shí)現(xiàn)對(duì)單粒子錯(cuò)誤率截面預(yù)估模型的簡(jiǎn)化。

2.重離子試驗(yàn)結(jié)果

將重粒子試驗(yàn)數(shù)據(jù)代入簡(jiǎn)化后的模型試驗(yàn)，結(jié)果見圖3所示，圖3中給出了兩組試驗(yàn)程序，以及3組驗(yàn)證程序的單粒子錯(cuò)誤率截面預(yù)估結(jié)果，圖3中橫坐標(biāo)let為粒子的線性能量傳輸閾值，單位為：mev·cm²/mg；縱坐標(biāo)為：電路的單粒子錯(cuò)誤率截面，單位為cm²/device。

由圖3得出，采用本發(fā)明中的預(yù)估方法可以預(yù)估出地面的最劣單粒子錯(cuò)誤率截面，且3組驗(yàn)證程序均在本發(fā)明中所涉及的考慮占空因子的單粒子錯(cuò)誤率截面的上下范圍之內(nèi)，驗(yàn)證了本發(fā)明的有效性。

以上描述僅是本發(fā)明的一個(gè)具體實(shí)例，不構(gòu)成對(duì)本發(fā)明的任何限制。顯然對(duì)于本領(lǐng)域的專業(yè)人員來說，在了解本發(fā)明內(nèi)容和原理后，都可能在不背離本發(fā)明的原理、結(jié)構(gòu)的情況下，進(jìn)行形式和細(xì)節(jié)上的各種修正和改變，但是這些基于發(fā)明思想的修正和改變?nèi)栽诒景l(fā)明的權(quán)利要求保護(hù)范圍之內(nèi)。