眾所周知,數(shù)字集成電路被廣泛應(yīng)用于包括航空航天領(lǐng)域在內(nèi)的各行各業(yè)。但是隨著半導(dǎo)體工藝的不斷發(fā)展,器件尺寸的不斷縮小,空間輻射對(duì)集成電路產(chǎn)生的影響也在顯著增加。尤其是對(duì)在太空環(huán)境中工作的芯片,空間輻射含有的高能粒子,非常容易引發(fā)芯片的各種問題,例如脈沖毛刺、比特翻轉(zhuǎn)、功能失效甚至完全燒毀。這些問題對(duì)宇航專用集成電路的設(shè)計(jì)和測(cè)試提出了更高的要求。本課題以ISCAS89測(cè)試基準(zhǔn)電路為主要研究對(duì)象,結(jié)合近年來單粒子效應(yīng)研究的主要成果,提出了一種適用于大規(guī)模數(shù)字電路的單粒子效應(yīng)評(píng)估方案。其具體的方案為:1)首先,建立SPICE(Simulation Program with Integrated Circuits Emphasis)級(jí)別的單粒子注入模型,注入到基本門級(jí)電路元件,分析單粒子效應(yīng)對(duì)數(shù)字電路的影響;2)其次,使用SPICE EDA工具,對(duì)基于中芯國(guó)際180nm工藝的ISCAS89測(cè)試基準(zhǔn)電路進(jìn)行仿真,再進(jìn)行數(shù)字模型的提取,將單粒子效應(yīng)的模型轉(zhuǎn)變?yōu)閂erilog HDL語言描述的數(shù)字邏輯模型;3)然后,通過替換原始測(cè)試電路的門級(jí)電路單元,實(shí)現(xiàn)仿真單粒子效應(yīng)對(duì)大規(guī)模數(shù)字電路影響,從而建立了大規(guī)模數(shù)字電路在單粒子效應(yīng)發(fā)生時(shí)的仿真和評(píng)估流程;4)最后,為達(dá)到超大規(guī)模電路的仿真和分析的目的,本課題還使用Python作為自動(dòng)化的分析和處理工具,為電路自動(dòng)生成電路模塊和測(cè)試文件以減輕工作量�；谏鲜鲅芯砍晒�,本課題最終實(shí)現(xiàn)了從單個(gè)晶體管到超大規(guī)模數(shù)字電路級(jí)別的完整分析,還可以通過腳本工具自動(dòng)生成仿真和測(cè)試文件,并可以在任何一種支持Verilog HDL語言仿真的EDA工具進(jìn)行仿真。然后,本課題還分別對(duì)使用三模冗余技術(shù)、自刷新寄存器技術(shù)加固后的電路和原始電路進(jìn)行了對(duì)比仿真驗(yàn)證。通過仿真發(fā)現(xiàn),未使用加固技術(shù)的S27電路在發(fā)生單粒子效應(yīng)時(shí)的錯(cuò)誤率為0.39%,而使用三模冗余技術(shù)和自刷寄存器技術(shù)加固后,電路的錯(cuò)誤率分別下降到了0.12%和0.13%,仿真結(jié)果符合邏輯,驗(yàn)證了單粒子效應(yīng)評(píng)估測(cè)試方案的有效性。
【學(xué)位單位】：南京航空航天大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位年份】：2019
【中圖分類】：TN47
【部分圖文】：

圖 1.1 范艾倫輻射帶艾倫輻射帶的形狀接近于一個(gè)甜甜圈，該輻射帶由內(nèi)輻射帶與外輻射帶兩層輻其中，內(nèi)輻射帶的高度約在 1500 到 8000 公里的范圍，外輻射帶的高度范圍00 公里之間。范艾倫輻射帶主要是由地球磁場(chǎng)所俘獲的大量電子，質(zhì)子，以及成，這些粒子的能量從 1MeV 到 100MeV 不等。這些高速運(yùn)動(dòng)的粒子攜帶大這些粒子會(huì)對(duì)衛(wèi)星，飛船等航天器內(nèi)的電子設(shè)備造成很大的損害。由于粒子能護(hù)困難，衛(wèi)星在軌道運(yùn)行時(shí)通常會(huì)避開這兩個(gè)輻射帶。在穿越該輻射帶時(shí)，部關(guān)閉部分敏感設(shè)備以確保機(jī)內(nèi)電子設(shè)備運(yùn)行的穩(wěn)定和安全[3]。 銀河宇宙射線河宇宙射線通常是指來自于宇宙深處的射線，高能粒子流等。通常而言，銀河源都是太陽系外的各種天體活動(dòng)。這些高能粒子流攜帶的能量覆蓋了 10 6 范圍。銀河宇宙射線主要包括了大量的質(zhì)子， 粒子以及一些少量的重金屬宇宙射線內(nèi)粒子攜帶的能量極高，這些粒子能夠擊穿集成電路芯片，對(duì)飛船衛(wèi)

范艾倫輻射帶的形狀接近于一個(gè)甜甜圈，該輻射帶由內(nèi)輻射帶與外輻射帶兩層輻。其中，內(nèi)輻射帶的高度約在 1500 到 8000 公里的范圍，外輻射帶的高度范圍在000 公里之間。范艾倫輻射帶主要是由地球磁場(chǎng)所俘獲的大量電子，質(zhì)子，以及組成，這些粒子的能量從 1MeV 到 100MeV 不等。這些高速運(yùn)動(dòng)的粒子攜帶大此這些粒子會(huì)對(duì)衛(wèi)星，飛船等航天器內(nèi)的電子設(shè)備造成很大的損害。由于粒子能防護(hù)困難，衛(wèi)星在軌道運(yùn)行時(shí)通常會(huì)避開這兩個(gè)輻射帶。在穿越該輻射帶時(shí)，部會(huì)關(guān)閉部分敏感設(shè)備以確保機(jī)內(nèi)電子設(shè)備運(yùn)行的穩(wěn)定和安全[3]。.2 銀河宇宙射線銀河宇宙射線通常是指來自于宇宙深處的射線，高能粒子流等。通常而言，銀河來源都是太陽系外的各種天體活動(dòng)。這些高能粒子流攜帶的能量覆蓋了 10 6 1量范圍。銀河宇宙射線主要包括了大量的質(zhì)子， 粒子以及一些少量的重金屬離河宇宙射線內(nèi)粒子攜帶的能量極高，這些粒子能夠擊穿集成電路芯片，對(duì)飛船衛(wèi)的運(yùn)行穩(wěn)定性和宇航員的安全性有著很大的危害[4]。

南京航空航天大學(xué)碩士論文陽宇宙射線宇宙射線（solarcosmicrays）是指那些來自于太陽的活動(dòng)所產(chǎn)生的射線高能粒子。通常而言，太陽活動(dòng)主要指的是耀斑活動(dòng)，太陽宇宙射線的子，也包括少量的其他核成分。構(gòu)成太陽宇宙射線的粒子的能04MeV 之間 5 。太陽宇宙射線發(fā)生的概率在太陽活動(dòng)的高峰年以及之后高峰。在耀斑活動(dòng)的高峰期間，太陽宇宙射線每年可以發(fā)生多次。歷史宇宙射線事件發(fā)生在 1956 年 2 月 23 日，其能量達(dá)到了 2*10 10eV。雖分能夠被地球本身的磁力屏蔽掉，但是對(duì)于執(zhí)行太空任務(wù)的飛船和航天量能量的粒子流還是有有很強(qiáng)的損傷作用 6 。
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本文編號(hào)：2891137