基准电路中重汇聚导致的SET脉冲展宽效应

本文采用电路模拟手段对典型基准组合电路中的SET传播特性进行了研究,发现了一类新的导致脉冲展宽效应的机理——扇出重汇聚。根据重汇聚点逻辑门类型和输入脉冲特征的不同,重汇聚可以引发两种类型的脉冲。这两类脉冲具有截然不同的特征,一类脉冲的宽度与原始SET脉冲宽度无关,而另一类脉冲的宽度与原始SET脉冲宽度基本成线性关系,并在原始SET脉冲宽度的基础上存在净的展宽或者压缩。当空间重离子在电路的输入端附近轰击产生一个宽度为200ps的脉冲时,传播到输出端的脉冲宽度可达690ps,被后续时序单元俘获的概率从5%升高到29.5%,整整提高了近6倍。

一种基于SAT求解器的组合电路重汇聚现象分析方法

为了研究组合电路重汇聚现象,提出了一种基于SAT求解器的分析方法。通过深度优先搜索算法,确定瞬态脉冲产生节点和输出节点之间的所有路径;建立待检查列表,对表中的元素施加敏化约束条件,并采用SAT求解器求解元素可满足性;最后判断是否存在满足条件的输入向量,使瞬态脉冲通过不同路径在输出节点发生重汇聚。所提方法可以有效地对较大规模组合电路进行分析,采用EPFL和ISCAS’85作为测试集,实验结果表明,ISCAS’85测试集中约有一半节点处产生的瞬态脉冲能够发生重汇聚,这一比例明显高于EPFL测试集,因此不同类型功能电路重汇聚现象的发生率存在较大差异。

考虑扇出重汇聚效应的组合电路软错误率评估

为了准确评估集成电路的软错误率(soft error rate,SER),文章提出一种新颖的电路SER评估方法。通过门级仿真获得逻辑门输出信号,将产生瞬态故障的逻辑门进行故障注入,然后使用考虑扇出重汇聚的敏化路径逼近搜索算法查找不同输入向量下的敏化路径;通过单指数电流源模拟瞬态故障脉冲的产生,并将脉冲在敏化路径上传播,使用脉冲屏蔽模型评估电气屏蔽和时窗屏蔽效应;最后采用该方法计算可得电路总体SER。实验结果表明,由于考虑扇出重汇聚的影响,该方法平均提高8.2%的SER评估准确度。

基于蜂巢状虚拟结构的单汇聚节点节能重定位策略

提出了一种基于蜂巢状虚拟结构的单汇聚节点节能重定位(HEESR)策略。此策略中整个网络覆盖区域被划分成多个蜂巢状虚拟网格结构。汇聚节点周期性地收集周边虚拟蜂巢网格的平均剩余能量和网格内单个节点的剩余能量,基于这些信息汇聚节点进行重定位。为进一步提高能量效率,HEESR策略还采用基于剩余能量水平的通信半径调整机制。仿真实验表明:与现有几种汇聚节点重定位方法相比,HEESR能够更有效地降低能量消耗、延长网络寿命。

基于阿基米德螺线的双汇聚节点重定位策略

在无线传感器网络中,传感器节点间不平衡的能耗会产生能量空洞问题,而汇聚节点的重定位可以有效地平衡能耗,提高网络寿命。与单汇聚节点相比多汇聚节点具有减小多跳传输能耗,提高数据传输效率等优势,因此本论文提出了一种基于阿基米德螺线的多汇聚节点重定位(ATSR)策略,该策略利用阿基米德螺线具有恒定的线速度和角速度,使多汇聚节点同时沿着对称的两条阿基米德螺线运动的方式来提升网络生存周期,并针对该策略因数据收集间隔导致的额外能耗问题,提出了性能更好的策略(IATSR)。实验结果表明,与其他汇聚节点重定位算法相比,本策略具有更好的性能。

一种基于混合模拟的计算组合电路中软错误率的方法与工具

随着工艺尺寸的不断缩小,组合电路引起的SER(Soft Error Rates)越来越严重。针对使用HSPICE计算组合电路软错误率速度较慢以及使用传统的组合电路软错误率分析工具在对待重汇聚时计算精度不高的问题,本文提出了一种混合模拟的方法,并基于该方法实现了组合电路软错误率分析工具。该混合模拟方法使用HSPICE模拟发生重汇聚的逻辑门;使用快速的脉冲传播算法模拟其他逻辑门。模拟结果表明,该方法可以在速度和精度上达到很好的折中。通过与国际上常用的组合电路软错误率分析工具进行比较发现,在重汇聚发生较多的电路中,该混合模拟方法更能真实地反应组合逻辑中的软错误率。

考虑信号相关性的逻辑电路可靠度计算方法

随着集成电路特征尺寸不断缩小,软错误已经成为影响电路可靠性的关键因素.计算软错误影响下逻辑电路的信号概率能辅助评估电路的可靠性.引起逻辑电路信号概率计算复杂性的原因是电路中的扇出重汇聚结构,本文提出一种计算软错误影响下逻辑电路可靠度的方法,使用概率公式和多项式运算,对引发相关性问题的扇出源节点变量作降阶处理,再利用计算得到的输出信号概率评估电路可靠度.用LGSynth91基准电路、74系列电路和ISCAS85基准电路为对象进行实验,结果表明所提方法准确有效.

基于向量传播的单粒子瞬态模拟方法研究

提出了一种基于向量传播的单粒子瞬态(SET)模拟方法。基于4值参数的模型来表征SET脉冲的形状,建立脉冲参数传播的数据库。使用查找表及经验公式来计算SET脉冲形状参数在逻辑门节点之间的传播。为了模拟SET脉冲在传播过程中的重汇聚,定义了4种重汇聚模式,并给出对应的等效脉冲计算方法。提出的基于向量传播的分析算法能够对SET脉冲的产生、传播及捕获过程进行精确分析。ISCAS'89电路的实验结果表明,该方法与Hspice仿真方法的平均误差为1.827%,计算速度提升了1 700倍。在不损失精度的前提下,该方法可对VLSI电路在通用或特定测试向量下的可靠性进行快速自动分析。

组合逻辑电路中软错误率的频域分析方法

基于频域的软错误率分析方法可实现快速而精确地分析组合逻辑中软错误的电气屏蔽特性和窗闩屏蔽特性.该方法利用信号和逻辑门的频域特性,计算瞬时错误信号在组合逻辑电路中传播过程.基于频域的分析方法主要分为2个处理步骤:线性系统处理和非线性系统处理.线性系统处理通过电路系统的频率响应来计算输出信号.非线性系统处理瞬时信号的幅度过高而导致晶体管工作在不同的线性系统的情况.基于频域的分析方法采用电路系统的输入输出特性来计算非线性系统的输出信号.数据拟合的方法可以求解粒子击中而导致的瞬时错误信号的信号宽度和通路输出信号的信号宽度之间的函数关系.二者结合可计算由粒子撞击而导致错误信号的概率.使用反相器链的实验结果表明,相对于HSPICE仿真,基于频域的软错误率分析方法是高效的,且可以取得平均96.96%的精确度.使用ISCAS85基准电路和乘法器阵列的实验结果表明,基于频域的软错误率分析方法取得95.82%的精确度.

考虑NBTI效应的组合电路软错误率计算方法

工艺尺寸的降低导致组合电路对软错误的敏感性越发突出,由负偏置温度不稳定性(NBTI)效应引起的老化现象越发不容忽视.为了准确地评估集成电路在其生命周期不同阶段的软错误率,提出一种考虑NBTI效应的组合电路软错误率计算方法.首先通过对节点输出逻辑进行翻转来模拟故障注入,并搜索考虑扇出重汇聚的敏化路径;再基于单粒子瞬态(SET)脉冲在产生过程中展宽的解析模型对初始SET脉冲进行展宽,使用NBTI模型计算PMOS晶体管阈值电压增量并映射到PTM模型卡;最后使用考虑老化的HSPICE工具测量SET脉冲在门单元中传播时的展宽,并将传播到锁存器的SET脉冲进行软错误率计算.在考虑10年NBTI效应的影响下,与不考虑NBTI效应的软错误率评估方法相比的实验结果表明,该方法能够平均提高15%的软错误率计算准确度.

基于故障概率的组合电路软错误率分析

为了在集成电路的设计阶段进行软错误率的有效评估,建立了一种精确的单粒子瞬态故障概率模型与脉冲屏蔽模型,并提出一种基于故障概率的组合电路软错误率评估方法。通过门级仿真可得各个组合逻辑门单元信号概率,将信号概率反转以模拟故障注入,并使用提出的数据通路检索算法可得故障门到锁存器的数据通路。在数据通路上使用不同宽度的正负脉冲模拟不同能量的粒子撞击,并使用提出的单粒子瞬态脉冲屏蔽模型计算可得电路总体错误概率,最后使用提出的基于故障概率的软错误率评估方法计算可得电路总体软错误率。通过对ISCAS’89电路进行实验并与基于向量传播的方法比较,等效精度平均提高近200倍的软错误率评估速度。

考虑多时钟周期瞬态脉冲叠加的锁存窗屏蔽模型

集成电路工艺水平的提升,使得由单粒子瞬态脉冲造成的芯片失效越发不容忽视.为了准确计算单粒子瞬态脉冲对锁存器造成的失效率,提出一种考虑多时钟周期瞬态脉冲叠加的锁存窗屏蔽模型.使用提出的考虑扇出重汇聚的敏化路径逼近搜索算法查找门节点到达锁存器的敏化路径,并记录路径延迟;在扇出重汇聚路径上,使用提出的脉冲叠加计算方法对脉冲进行叠加;对传播到达锁存器的脉冲使用提出的锁存窗屏蔽模型进行失效率的计算.文中的锁存窗屏蔽模型可以准确计算扇出重汇聚导致的脉冲叠加,并对多时钟周期情形具有很好的适用性.针对ISCAS’85基准电路的软错误率评估结果表明,与不考虑多时钟周期瞬态脉冲叠加的方法相比,文中方法使用不到2倍的时间开销,平均提高7.5%的软错误率评估准确度.

一种有效评估桥接故障的I_(DDQ)可测试性分析算法

鉴于传统的可测试性分析算法不能处理重汇聚扇出问题,该文提出了一种有效的评估电路桥接故障可测试性的IDDQ可测试性分析算法。这种算法是基于给电路中每个门施加基本矢量集的概率进行的。开始在原始输入端采用单值标记,通过电路分级和从原始输入端传播标记集可识别重汇聚扇出门,然后采用反向蕴含过程计算重汇聚门基本矢量的概率值,进行重汇聚扇出点的评价。实验结果表明这种算法可获得较精确的可测试性分析结果。