论文部分内容阅读
在当前的集成电路设计中,利用电源门控技术来降低静态功耗已成为一种趋势。随着特征尺寸的不断缩小,集成电路的可靠性问题越来越严重,由偏置温度不稳定性(Bias Temperature Instability, BTI)引起的电路老化成为威胁集成电路可靠性的重要因素。当电源门控电路处于正常工作模式时,休眠管会受到严重的BTI效应影响,导致电源门控电路的性能损失加重,并最终引起电路失效。现有的电源门控电路老化特性分析,并没有考虑老化效应与性能损失之间的关系,缺少电路老化后的性能损失模型。本文综合考虑休眠管与逻辑网络的BTI效应对电源门控电路的影响,建立由BTI效应导致的电源门控电路性能损失模型,并且通过分析两种不同类型(Header型与Footer型)的电源门控电路,得出两者的模型一致。结果表明,HSPICE仿真得到的电源门控电路使用寿命与老化性能损失模型的计算值变化趋势相吻合。在Header型电路的抗老化研究中,当电路处于正常工作模式时,传统休眠管尺寸方法会使所有接通的休眠管都处于受压状态,造成抗老化设计过于悲观。本文通过分析Header型电路的老化特性,提出将休眠管进行分组,通过间断接通休眠管,等效于动态调节休眠管尺寸或导通电阻,使部分休眠管处于恢复期,从而减小由休眠管老化引起的Header型电路性能损失。利用HSPICE软件在45nm工艺库下的仿真结果表明,动态休眠管尺寸方法与传统休眠管尺寸方法相比,最高可以提升Header型电路29.99%的使用寿命。在Footer型电路的抗老化研究中,现有的休眠管受压控制法缺少对休眠管分组方法的研究,并且忽略休眠管的最小尺寸问题。为此本文提出了一种基于最小尺寸的休眠管分组方法,同时结合动态休眠管尺寸法与休眠管受压控制法,让休眠管以设定的频率轮流导通,当性能损失到达设定阈值后,再利用动态休眠管尺寸方法,逐步增大休眠管尺寸,进而改进休眠管的切换策略。利用HSPICE软件在32nnm高k材料工艺库下的仿真结果表明,与现有的休眠管切换策略相比,改进的休眠管切换策略可以平均增加Footer型电路8.8%的使用寿命。