一种基于保护带的老化故障检测传感器制造技术

本发明专利技术公开了一种基于保护带的老化故障检测传感器，包括延时单元、稳定检测器、输出锁存器和第一反相器，延时单元用于控制老化故障检测传感器的开关，延时单元开启时产生延迟的时钟信号GB，延时单元关闭时老化故障检测传感器处于抗老化状态；稳定检测器接收延迟的时钟信号GB、原时钟信号的反向信号nclk以及组合逻辑电路的CL信号，延迟的时钟信号GB和原时钟信号的反向信号nclk形成保护带时间，并检测保护带时间内组合逻辑电路信号CL是否出现跳变，向输出锁存器输出跳变信号；输出锁存器用于锁存接收到的跳变信号并发出报警信号。本发明专利技术结构简单、功耗低、自身抗老化、可靠性高能够可预测电路自然老化故障，可满足芯片低功耗的要求。

【技术实现步骤摘要】
一种基于保护带的老化故障检测传感器
本专利技术属于集成电路故障检测领域，具体涉及一种基于保护带的老化故障检测传感器。
技术介绍
随着半导体工艺的高速发展，电路的特征尺寸越来越小、集成度越来越高、芯片面积越来越小，这是集成电路发展的一个必然方向，即向着高集成度发展，它会使电路的性能得到提高，生产成本也会降低。集成电路发展的另一个方向即向着高可靠性发展，半导体技术的发展使得栅介质变薄、沟道缩短，这些变化同时带来了电路的可靠性问题。在某些可靠性要求比较高的领域，如航空航天等，可靠性甚至和技术性能一样重要，甚至是主导因素。老化是一切事物的自然现象，集成电路也不例外，急剧缩小的特征尺寸导致一系列加速电路老化的负面机制。根据其产生的物理机制的不同，它们被分为：负偏置温度不稳定，热载流子注入，经时介质击穿，以及电迁移等。这些老化效应负面影响着电路的时延，使之随着使用时间的推移而不断增加，导致电路路径出现时序违规，电路功能出现错误，最终影响电路的寿命，造成芯片的性能和工作频率不断降低，芯片出现功能失效。如何设计抗老化电路，延长芯片的使用寿命，已成为集成电路设计中的一个热点问题。如何准确地监测老化情况，获取老化数据来衡量老化程度是抗老化电路设计的前提条件。中国专利申请CN102435931A，基于测量漏电变化的在线电路老化预测方法通过测量漏电变化来预测电路由于负偏压温度不稳定性NBTI效应导致的老化，可避免电路执行功能操作时产生的实时噪声对测量精度的影响。但其使用范围小，并且检测电路一直处在工作状态，会增加电路的功耗，同时自身不具备抗老化能力。中国专利申请CN106291322A一种采用延迟放大结构的CMOS电路老化传感器,包括参考延时电路、延时检测电路、延时放大器、数字量化电路、SR锁存器、第一二输入与门和第一反相器，参考延时电路和延时检测电路连接，参考延时电路的时钟输出端和延时检测电路的第三输入端连接，参考延时电路的第二输出端分别与第一二输入与门的第一输入端和延时放大器的第一输入端连接，延时检测电路的输出端和SR锁存器的第一输入端连接，SR锁存器的输出端和延时放大器的第二输入端连接，延时放大器和第一反相器连接，第一反相器的输出端和第一二输入与门的第二输入端连接，第一二输入与门的输出端和数字量化电路的输入端连接。该传感器结构复杂，使得实际使用时给原电路引入较大的功耗，不能满足如今对芯片低功耗的要求。
技术实现思路
本专利技术的目的是克服现有电路老化传感器结构复杂、功耗高、无法抗老化的缺点，提供一种基于保护带的老化故障检测传感器，该传感器结构简单、功耗低、自身抗老化、可靠性高可预测自然老化故障。本专利技术的实现方案如下：一种基于保护带的老化故障检测传感器，包括延时单元、稳定检测器、输出锁存器和第一反相器，延时单元用于控制老化故障检测传感器的开关，延时单元开启时产生延迟的时钟信号GB，延时单元关闭时老化故障检测传感器处于抗老化状态；稳定检测器接收延迟的时钟信号GB、原时钟信号的反向信号nclk以及组合逻辑电路的CL信号，延迟的时钟信号GB和原时钟信号的反向信号nclk形成保护带时间（即时间窗口Tg），并检测保护带时间内组合逻辑电路信号CL是否出现跳变，向输出锁存器输出跳变信号；输出锁存器用于锁存接收到的跳变信号并发出报警信号。所述延时单元具有时钟输入端、监控信号输入端（Monitor）和输出端，稳定检测器具有第一输入端、第二输入端、第三输入端和输出端，输出锁存器具有第一输入端、第二输入端和输出端，延时单元的输出端与稳定检测器的第一输入端连接，稳定检测器的第二输入端连接组合逻辑电路，第一反相器的输入端连接时钟，输出端与稳定检测器的第三输入端连接，稳定检测器的输出端连接输出锁存器的第一输入端，输出锁存器的第二输入端连接复位信号reset。所述延时单元包括二输入与门T1、二输入与门T2，反相器S1、反相器S2、反相器S3...反相器Sn，二输入或非门D1，反相器S1的输入端连接监控信号Monitor，反相器S1输出端连接到二输入或非门D1的第一输入端，而clk时钟信号连接到二输入或非门D1的第二输入端，二输入或非门D1的输出端连接到反相器S2的输入端，反相器S2输出端连接到二输入与门T1的第一输入端，监控信号Monitor连接到二输入与门T1的第二输入端，二输入与门T1的输出端连接到反相器S3的输入端，反相器S3输出连接到下一个串联反相器的输入端，串联反相器的个数根据延时的需要进行调整，最后一级反相器Sn的输出端连接到二输入与门T2的第一输入端，监控信号Monitor连接到二输入与门T2的第二输入端，二输入与门T2的输出即为延时单元的输出GB。所述稳定检测器包括基本RS触发器H1、基本RS触发器H2，与门T3、与门T4、反相器S4、反相器S5、反相器S6、反相器S7，或非门D2。来自组合逻辑的信号CL经过非门S9之后连接到与门T3的第一输入端，来自延时单元的GB信号连接到与门T3的第二输入端，与门T3的输出端连接到基本RS触发器H1的第一输入端，nclk信号经过非门S7连接到RS触发器H1的第二输入端，CL信号同时连接到与门T4的第一输入端，GB信号连接到与门T4的第二输入端，与门T4的输出端连接到基本RS触发器H2的第一输入端，nclk信号经过反相器S4连接到基本RS触发器H2的第二输入端，基本RS触发器H1的输出端经过反相器S5输出到或非门D2的第一输入端，基本RS触发器H2的输出端经过反相器S6输出到或非门D2的第二输入端，或非门D2的输出即为稳定性检测单元的输出。所述输出锁存器包括反相器S8，以及由或非门T5、或非门T6组成的基本RS触发器H3。来自稳定性检测单元的信号OUT_SC连接到基本RS触发器H3的第一输入端，复位信号reset经过反相器S8之后输出到基本RS触发器H3的第二输入端，基本RS触发器H3的输出即为老化预测传感器的输出。本专利技术基于保护带的老化故障检测传感器可插入到电路中几个关键时序路径中在线监测它们的时延变化来预测电路的老化。传感器电路被嵌入到触发器中并且可以同触发器一样接收来自组合逻辑的输出信号。通过延迟单元对时钟信号延迟一定的时间，然后与原始时钟信号的反向信号一起送往稳定性检测器，形成一个希望的保护区间（GuardbandInterval），即时间窗口Tg，在时间窗口Tg监测系统关键路径上组合逻辑末端的信号跳变（Tg的大小十分接近一个延时故障），从而获知电路老化情况，实现老化的预测。如果电路的老化没有超过规定的阈值，则组合逻辑末端输出的信号没有在保护区间Tg内发生跳变。而如果在Tg范围内传感器监测到组合逻辑末端输出的信号发生跳变，则表明组合逻辑的老化超过了规定的阈值。传感器会输出一个跳变信号到输出锁存器进行锁存，从而向用户发出报警信号。本专利技术具有结构简单、设计合理，相比于现有的老化检测传感器，本专利技术采用了自身抗老化设计，并且可在延时导致电路故障前发出预警，传感器的功耗也较低。附图说明图1为本专利技术基于保护带的老化故障检测传感器的连接图。图2为本专利技术延时单元的结构图。图3为本专利技术中稳定性检测器的结构图。图4为本专利技术中输出锁存器的结构图。图5为本专利技术基于保护带的老化故障检测传感器的结构图。图6为本专利技术基本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于保护带的老化故障检测传感器，其特征在于所述传感器包括延时单元、稳定检测器、输出锁存器和第一反相器，延时单元用于控制老化故障检测传感器的开关，延时单元开启时产生延迟的时钟信号GB，延时单元关闭时老化故障检测传感器处于抗老化状态；稳定检测器接收延迟的时钟信号GB、原时钟信号的反向信号nclk以及组合逻辑电路的CL信号，延迟的时钟信号GB和原时钟信号的反向信号nclk形成保护带时间，并检测保护带时间内组合逻辑电路信号CL是否出现跳变，向输出锁存器输出跳变信号；输出锁存器用于锁存接收到的跳变信号并发出报警信号；所述延时单元具有时钟输入端、监控信号输入端和输出端，稳定检测器具有第一输入端、第二输入端、第三输入端和输出端，输出锁存器具有第一输入端、第二输入端和输出端，延时单元的输出端与稳定检测器的第一输入端连接，稳定检测器的第二输入端连接组合逻辑电路，第一反相器的输入端连接时钟，输出端与稳定检测器的第三输入端连接，稳定检测器的输出端连接输出锁存器的第一输入端，输出锁存器的第二输入端连接复位信号reset。

【技术特征摘要】
1.一种基于保护带的老化故障检测传感器，其特征在于所述传感器包括延时单元、稳定检测器、输出锁存器和第一反相器，延时单元用于控制老化故障检测传感器的开关，延时单元开启时产生延迟的时钟信号GB，延时单元关闭时老化故障检测传感器处于抗老化状态；稳定检测器接收延迟的时钟信号GB、原时钟信号的反向信号nclk以及组合逻辑电路的CL信号，延迟的时钟信号GB和原时钟信号的反向信号nclk形成保护带时间，并检测保护带时间内组合逻辑电路信号CL是否出现跳变，向输出锁存器输出跳变信号；输出锁存器用于锁存接收到的跳变信号并发出报警信号；所述延时单元具有时钟输入端、监控信号输入端和输出端，稳定检测器具有第一输入端、第二输入端、第三输入端和输出端，输出锁存器具有第一输入端、第二输入端和输出端，延时单元的输出端与稳定检测器的第一输入端连接，稳定检测器的第二输入端连接组合逻辑电路，第一反相器的输入端连接时钟，输出端与稳定检测器的第三输入端连接，稳定检测器的输出端连接输出锁存器的第一输入端，输出锁存器的第二输入端连接复位信号reset。2.根据权利要求1所述的基于保护带的老化故障检测传感器，其特征在于所述延时单元包括二输入与门T1、二输入与门T2，反相器S1、反相器S2、反相器S3...反相器Sn，二输入或非门D1，反相器S1的输入端连接监控信号Monitor，反相器S1输出端连接到二输入或非门D1的第一输入端，而clk时钟信号连接到二输入或非门D1的第二输入端，二输入或非门D1的输出端连接到反相器S2的输入端，反相器S2输出端连接到二输入与门T1的第一输入端，监控信号Monitor连接到二输入与门T1的第二输入端，二输入与门T1的输出...

【专利技术属性】
技术研发人员：王新胜，李景虎，王晨旭，韩良，刘晓宁，吴浩，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学威海，
类型：发明
国别省市：山东,37