Анализ минимального напряжения сохранения данных (drv)

УДК 681.5+621.38(06) Автоматика и электроника в атомной технике
И.Г. ЧЕРКАСОВ
Научный руководитель – В.Я. СТЕНИН, д.т.н., профессор
Национальный исследовательский ядерный университет «МИФИ»
АНАЛИЗ МИНИМАЛЬНОГО НАПРЯЖЕНИЯ
СОХРАНЕНИЯ ДАННЫХ (DRV) ПРИ ПРОЕКТИРОВАНИИ
И ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЯХ СБИС ОЗУ
Методика анализа минимального напряжения сохранения данных ячеек памяти ОЗУ позволяет выявить
конструктивные недостатки ОЗУ при просадке напряжения питания, вызванного воздействием ионизирующего излучения или при воздействии экстремальных тепловых режимов эксплуатации. Результаты экспериментальных исследований тестовых структур СБИС ОЗУ, выполненных по проектной норме 0,35 мкм, в
экстремальных тепловых режимах эксплуатации совпадают с результатами моделирования с погрешностью
15…20%.
Воздействие ионизирующего излучения на СБИС приводит к резкому увеличению токов утечки за счет
накопления заряда на граничном слое подзатворного диэлектрика [1]. Увеличение токов утечки может привести к просадке напряжения питания СБИС. Уменьшение напряжения питания в триггерных ячейках памяти ОЗУ приводит к вырождению переключательной характеристики и потере информации, хранимой в
ячейках памяти. Минимальное напряжение питания, при котором происходит вырождение переключательной характеристики, называется минимальным напряжением сохранения данных (Data Retention Voltage DRV) [2].
Обеспечение наибольшей помехоустойчивости триггера ячейки памяти по просадке питания достигается
уменьшением величины минимального напряжения сохранения данных. Предложена методика расчета минимального напряжения сохранения данных:
1. Выделение триггера в ячейке памяти.
2.
Установка уровня напряжения питания триггера.
3.
Моделирование по постоянному току переключательной характеристики триггера ячейки.
4.
Если переключательная характеристика не вырождена - уменьшить напряжение питания триггера и
перейти к шагу 3.
5.
Минимальное напряжение питания, при котором произошло вырождение переключательной характеристики есть искомое минимальное напряжение сохранения данных.
Проведены экспериментальные исследования влияния экстремальных тепловых режимов эксплуатации
на работоспособность тестовых структур ОЗУ SRAM_1kx16 на основе шеститранзисторных ячеек памяти и
SRAM_13,8kx16 на основе ячеек памяти с повышенной сбоеустойчивостью DICE и HIT [3], изготовленных
по объемной КМОП технологии с эпитаксиальными слоями по проектной норме 0,35 мкм.
В диапазоне температур от минус 50 °С до +150 °С проведено измерение минимального напряжения сохранения данных по следующей методике:
1. Запись в ОЗУ тестового кода.
2.
Уменьшение напряжения питания ОЗУ на величину предполагаемой просадки.
3.
Выдержка 1 минуту для прекращения всех переходных процессов.
4.
Поднятие напряжения питания до номинального значения.
5.
Считывание информации.
6.
Сравнение с исходным кодом.
7.
При наличии ошибок считать напряжение питания с учетом просадки минимальным напряжением
сохранения данных. Иначе увеличить величину просадки и перейти к шагу 2.
По результатам экспериментальных исследований составляется карта минимального напряжения по
ячейкам. Данная карта позволяет выявить области накопителя ОЗУ, наиболее чувствительные к просадкам
напряжения питания.
УДК 681.5+621.38(06) Автоматика и электроника в атомной технике
Сравнительный анализ результатов моделирования и экспериментальных исследований показал, что
наименьшим напряжением сохранения данных обладают ячейки DICE и HIT (240 мВ и 250 мВ соответственно). Для шеститранзисторных ячеек памяти минимальное напряжение сохранения данных составляет
310 мВ. Расхождение результатов моделирования и экспериментальных результатов не превышает 15…20%,
что обуславливается влиянием помех при экспериментальном исследовании минимального напряжения сохранения данных и точностью моделей транзисторов.
Список литературы
1. Чумаков А.И. Действие космической радиации на ИС. М.: Радио и связь, 2004, 320 с.
2. Qin H. Deep Sub-Micron SRAM Design for Ultra-Low Leakage Standby Operation // A dissertation submitted in partial satisfaction of the requirements for the degree of Doctor of Philosophy.- Berkeley: University of
California,-2007.- p.36.
Краснюк А. А., Стенин В. Я., Черкасов И. Г., Яковлев А. В. Анализ работоспособности субмикронных КМОП СБИС ОЗУ при экстремальных тепловых режимах // Микроэлектроника (Перечень ВАК 70571),
Т.38, № 1, 2009. - С. 53-63
3.