電源門控電路的老化特性分析與抗老化技術(shù)研究.pdf

1、在當(dāng)前的集成電路設(shè)計(jì)中，利用電源門控技術(shù)來降低靜態(tài)功耗已成為一種趨勢(shì)。隨著特征尺寸的不斷縮小，集成電路的可靠性問題越來越嚴(yán)重，由偏置溫度不穩(wěn)定性（Bias Temperature Instability，BTI）引起的電路老化成為威脅集成電路可靠性的重要因素。當(dāng)電源門控電路處于正常工作模式時(shí)，休眠管會(huì)受到嚴(yán)重的BTI效應(yīng)影響，導(dǎo)致電源門控電路的性能損失加重，并最終引起電路失效。
　　現(xiàn)有的電源門控電路老化特性分析，并沒有考慮老化效

2、應(yīng)與性能損失之間的關(guān)系，缺少電路老化后的性能損失模型。本文綜合考慮休眠管與邏輯網(wǎng)絡(luò)的BTI效應(yīng)對(duì)電源門控電路的影響，建立由BTI效應(yīng)導(dǎo)致的電源門控電路性能損失模型，并且通過分析兩種不同類型（Header型與Footer型）的電源門控電路，得出兩者的模型一致。結(jié)果表明，HSPICE仿真得到的電源門控電路使用壽命與老化性能損失模型的計(jì)算值變化趨勢(shì)相吻合。
　　在Header型電路的抗老化研究中，當(dāng)電路處于正常工作模式時(shí)，傳統(tǒng)休眠管尺寸

3、方法會(huì)使所有接通的休眠管都處于受壓狀態(tài)，造成抗老化設(shè)計(jì)過于悲觀。本文通過分析Header型電路的老化特性，提出將休眠管進(jìn)行分組，通過間斷接通休眠管，等效于動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)休眠管尺寸或?qū)娮?，使部分休眠管處于恢?fù)期，從而減小由休眠管老化引起的Header型電路性能損失。利用HSPICE軟件在45nm工藝庫下的仿真結(jié)果表明，動(dòng)態(tài)休眠管尺寸方法與傳統(tǒng)休眠管尺寸方法相比，最高可以提升Header型電路29.99％的使用壽命。
　　在Footer

4、型電路的抗老化研究中，現(xiàn)有的休眠管受壓控制法缺少對(duì)休眠管分組方法的研究，并且忽略休眠管的最小尺寸問題。為此本文提出了一種基于最小尺寸的休眠管分組方法，同時(shí)結(jié)合動(dòng)態(tài)休眠管尺寸法與休眠管受壓控制法，讓休眠管以設(shè)定的頻率輪流導(dǎo)通，當(dāng)性能損失到達(dá)設(shè)定閾值后，再利用動(dòng)態(tài)休眠管尺寸方法，逐步增大休眠管尺寸，進(jìn)而改進(jìn)休眠管的切換策略。利用HSPICE軟件在32nm高k材料工藝庫下的仿真結(jié)果表明，與現(xiàn)有的休眠管切換策略相比，改進(jìn)的休眠管切換策略可以平均