一种基于双-双指数电流源的单粒子故障注入仿真方法技术

本发明专利技术涉及一种基于双‑双指数电流源的单粒子故障注入仿真方法，包括1)单管辐射模型建立与参数提取；2)对CMOS工艺反相器电路执行器件与电路混合仿真，选取的入射离子LET值，获取单粒子瞬态脉冲电流；3)在目标电路故障注入节点插入如下形式的双‑双指数电流源的步骤，考虑电路实际的负载情况，通过增加一个双指数电流源来增加仿真精度，在保证注入脉冲波形正确的前提下提高注入电荷总量的准确度，解决了传统故障注入方法在瞬态电流注入时参数提取复杂、高估注入电荷总量、非常耗时的技术问题。

A single particle fault injection simulation method based on double double exponential current source

The invention relates to a single event fault injection simulation method based on a double_double exponential current source, which includes 1) single tube radiation model establishment and parameter extraction; 2) hybrid simulation of CMOS process inverter circuit with device and circuit, selecting incident ion LET value to obtain single event transient pulse current; 3) fault injection in target circuit. Considering the actual load of the circuit, a double-exponential current source is added to increase the simulation accuracy. The accuracy of the total injected charge is improved while the correct waveform of the injected pulse is guaranteed. The traditional fault injection method is solved by transient current injection. The time-consuming parameters can extract complex, overestimated total charge and time-consuming technical problems.

【技术实现步骤摘要】
一种基于双-双指数电流源的单粒子故障注入仿真方法
本专利技术属于CMOS集成电路的单粒子效应模拟与仿真领域，涉及一种基于双-双指数电流源的单粒子故障注入仿真方法。
技术介绍
半导体器件长期工作于空间辐射环境中，单个高能粒子撞击器件的灵敏区产生大量电离的电子-空穴对，瞬时的载流子收集将导致器件节点电压产生异常，进而导致电路暂时性或永久性的功能失效，这种辐射电离损伤称为单粒子效应。对于单粒子效应的仿真而言，器件级仿真可以精确模拟单粒子损伤的基本物理过程，准确量化电荷收集及节点电压的瞬态响应，但受到计算能力的限制只能针对单个晶体管结构或很小的电路开展工作，且非常耗时。电路级仿真主要采用故障注入的方法，可以在大规模集成电路中开展仿真，并分析单粒子效应的传播规律，分辨电路中的敏感模块。单粒子效应电路仿真故障注入的主体思想是将辐射效应引入晶体管级的SPICE模型，但需要实现准确、快速的故障注入。一般采用双指数电流源方法实现单粒子效应故障注入，目前已经有相关机构进行过研究，参见申请号为201510386358.7名称为“一种基于替代模型的单粒子瞬态效应注入方法”的中国专利。当电路特征尺寸逐渐减小时，电荷收集过程与电路节点响应的耦合不可忽略，单粒子瞬态脉冲形状与传统的双指数具有明显的区别。有研究证明，采用双指数电流源表征会增加单粒子故障注入电荷总量，而一般在进行加固效果评估时经常采用临界电荷的办法，因此会高估电路的实际加固效果。对于这一耦合过程，需要在电流源的构建中加以改进，参见专利申请号201610073979.4，名称为“一种单粒子瞬态脉冲电流源的建模方法”。该方法通过试验数据对单粒子瞬态脉冲电流源模型参数进行校准，但存在试验数据获取困难、高估注入电荷总量等问题。对于单粒子效应的仿真也可以采用器件与电路混合仿真，但非常耗时。
技术实现思路
为了准确估计单粒子故障注入电荷总量，解决传统故障注入方法在瞬态电流注入时参数提取复杂、高估注入电荷总量、非常耗时的技术问题，基于对传统双指数电流源注入方法的改进，本专利技术提供一种针对数字集成电路的基于双-双指数电流源的单粒子故障注入仿真方法，用于更加合理准确的研究电路的单粒子效应并且预测其抗辐照能力。本专利技术的技术解决方案是：本专利技术的基于双-双指数电流源的单粒子故障注入仿真方法，其特殊之处在于，包括如下步骤：1)单管辐射模型建立与参数提取1.1)选定待研究的场效应晶体管特征工艺尺寸，建立MOS晶体管常态模型；1.2)参照生产厂家给出的待研究晶体管的PDK，根据PDK中给出的实测数据和SPICE模型中给出的参数，提取待研究的晶体管工艺掺杂信息，通过调整沟道及源漏区掺杂信息，校准晶体管常态模型的常态电学特性参数；1.3)使校准后的晶体管常态模型处于固定的最劣偏置状态下，设定入射重离子参数，执行瞬态器件仿真，记录产生的瞬态电流脉冲Itransistor(t)，按照双指数电流源方法执行拟合，并提取参数Ipeak、τ1、τ2、(tf-tr)，记录参数τ1、τ2、(tf-tr)；双指数电流源拟合参照公式(1)描述：其中，Ipeak表示峰值电流,tr表示电流上升时间，tf表示电流下降时间，τ1、τ2为电流上升时间常数与电流下降时间常数；2)对CMOS工艺反相器电路执行器件与电路混合仿真，选取的入射离子LET值，获取单粒子瞬态脉冲电流2.1)根据待研究CMOS电路的工艺尺寸，建立CMOS反相器，CMOS反相器中重离子轰击的晶体管采用步骤1.2)校准后的晶体管常态模型，其互补晶体管的模型采用SPICE模型；2.2)执行器件与电路混合瞬态仿真，对每一步仿真进行监测并记录待研究CMOS电路中单管器件的单粒子瞬态电流Iinverter(t)并记录平台区电流值Ih；2.3)根据步骤2.2)记录的单粒子瞬态电流Iinverter(t)，按照公式(2)提取平台区电流Ih(t)：按照公式(3)所描述，针对Ih(t)进行拟合和参数提取，其中，Ipeak′表示峰值电流,tr′表示电流上升时间，tf′表示电流下降时间，τ1′、τ2′为电流上升时间常数与电流下降时间常数，e表示指数；需要记录的参数为电流上升时间常数τ1′电流下降时间常数τ2′；3)参数优化及单粒子故障注入在目标电路故障注入节点插入如下形式的双-双指数电流源：I(t)＝Iprompt(t)+Ihold(t)(4)其中：该双-双指数电流源模型共包含八个解析参数，其中每个双指数电流源包含四个参数，对于双指数电流源Iprompt(t)，对应的解析参数为峰值电流Ipeak-p、电流上升时间常数τ1、电流下降时间常数τ2、电流上升时间与电流下降时间的差值(tf-tr)；对于Ihold(t)，对应的解析参数为峰值电流Ipeak-h、电流上升时间常数τ1′、电流下降时间常数τ2′、电流上升时间与电流下降时间的差值(tf′-tr′)；Iprompt(t)的三个时间常数电流上升时间常数：τ1、电流下降时间常数τ2及(tf-tr)是步骤1.3)中所提取的；Ihold(t)的时间常数τ1′、τ2′是步骤2.3)中所提取的，Ihold(t)的(tf′-tr′)作为一个变量来控制故障注入的持续时间；Iprompt(t)的峰值电流Ipeak-p(t)与Ihold(t)的峰值电流Ipeak-h是通过以下步骤确定的：3.1)设定故障注入持续时间作为Ihold(t)的时间常数(tf′-tr′)，为Ipeak-h赋初始值；3.2)在目标电路故障注入节点中插入单个双指数电流源Ihold(t)；3.3)执行Spice仿真，读取瞬态电压波形；3.4)判断电压脉冲后沿是否完全发生反转，如果否，Ipeak-h值过小，按一定步长增大Ipeak-h值，回到步骤3.2)；如果是，执行步骤3.5)；3.5)判断电压是否发生过冲，如果是，Ipeak-h值过大，按一定步长减小Ipeak-h值，回到步骤3.2；如果否，执行步骤3.6)；3.6)输出Ipeak-h值；3.7)为Ipeak-p赋初值；3.8)在目标电路故障注入节点中插入双-双指数电流源I(t)＝Iprompt(t)+Ihold(t)；3.9)执行Spice仿真，读取瞬态电压波形；3.10)判断电压脉冲前沿是否完全发生反转，如果否，Ipeak-p值过小，按一定步长增大Ipeak-p值，回到步骤3.8)；如果是，执行步骤3.11)；3.11)判断电压是否发生过冲，如果是，Ipeak-p值过大，按一定步长减小Ipeak-p值，回到步骤3.8；如果否，执行步骤3.12)；3.12)输出Ipeak-p、Ipeak-h值。本专利技术与现有技术相比，优点在于：1、通过校准后的晶体管器件模型仿真提取单粒子效应故障特征，确保了注入故障的准确性；2、通过结合具体目标电路执行参数优化，使得本方法能够适用于不同的实际标准电路及各种负载情况；3、可以控制注入故障的持续时间及电荷注入总量，对于集成电路的软错误率快速评估具有适用性。4、本专利技术提出的双-双指数电流源进行单粒子故障注入仿真的方法，在得到双-双指数电流源的时间常数后，在后续的故障注入时，只需结合目标电路优化峰值，而时间常数则不需要再重新提取，具有使用方便、节省时间的优点。5、本专利技术利用解析方法实现了单粒子故障注入，采用本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于双‑双指数电流源的单粒子故障注入仿真方法，其特征在于，包括如下步骤：1)单管辐射模型建立与参数提取1.1)选定待研究的场效应晶体管特征工艺尺寸，建立MOS晶体管常态模型；1.2)参照生产厂家给出的待研究晶体管的PDK，根据PDK中给出的实测数据和SPICE模型中给出的参数，提取待研究的晶体管工艺掺杂信息，通过调整沟道及源漏区掺杂信息，校准晶体管常态模型的常态电学特性参数；1.3)使校准后的晶体管常态模型处于固定的最劣偏置状态下，设定入射重离子参数，执行瞬态器件仿真，记录产生的瞬态电流脉冲Itransistor(t)，按照双指数电流源方法执行拟合，并提取参数Ipeak、τ1、τ2、(tf‑tr)，记录参数τ1、τ2、(tf‑tr)；双指数电流源拟合参照公式(1)描述：

【技术特征摘要】
1.一种基于双-双指数电流源的单粒子故障注入仿真方法，其特征在于，包括如下步骤：1)单管辐射模型建立与参数提取1.1)选定待研究的场效应晶体管特征工艺尺寸，建立MOS晶体管常态模型；1.2)参照生产厂家给出的待研究晶体管的PDK，根据PDK中给出的实测数据和SPICE模型中给出的参数，提取待研究的晶体管工艺掺杂信息，通过调整沟道及源漏区掺杂信息，校准晶体管常态模型的常态电学特性参数；1.3)使校准后的晶体管常态模型处于固定的最劣偏置状态下，设定入射重离子参数，执行瞬态器件仿真，记录产生的瞬态电流脉冲Itransistor(t)，按照双指数电流源方法执行拟合，并提取参数Ipeak、τ1、τ2、(tf-tr)，记录参数τ1、τ2、(tf-tr)；双指数电流源拟合参照公式(1)描述：其中，Ipeak表示峰值电流,tr表示电流上升时间，tf表示电流下降时间，τ1、τ2为电流上升时间常数与电流下降时间常数；2)对CMOS工艺反相器电路执行器件与电路混合仿真，选取的入射离子LET值，获取单粒子瞬态脉冲电流2.1)根据待研究CMOS电路的工艺尺寸，建立CMOS反相器，CMOS反相器中重离子轰击的晶体管采用步骤1.2)校准后的晶体管常态模型，其互补晶体管的模型采用SPICE模型；2.2)执行器件与电路混合瞬态仿真，对每一步仿真进行监测并记录待研究CMOS电路中单管器件的单粒子瞬态电流Iinverter(t)并记录平台区电流值Ih；2.3)根据步骤2.2)记录的单粒子瞬态电流Iinverter(t)，按照公式(2)提取平台区电流Ih(t)：按照公式(3)所描述，针对Ih(t)进行拟合和参数提取，其中，Ipeak′表示峰值电流,tr′表示电流上升时间，tf′表示电流下降时间，τ1′、τ2′为电流上升时间常数与电流下降时间常数，e表示指数；需要记录的参数为电流上升时间常数τ1′电流下降时间常数τ2′；3)参数优化及单粒子故障注入在目标电路故障注入节点插入如下形式的双-双指数电流源：I(t)＝Iprompt(t)+Ihold(t)(4)其中：该双-双指数电流源模型共包含八个解析参...

【专利技术属性】
技术研发人员：王坦，丁李利，郭红霞，罗尹虹，张凤祁，赵雯，潘霄宇，
申请(专利权)人：西北核技术研究所，
类型：发明
国别省市：陕西,61