[发明专利]一种用于监测集成电路NBTI老化效应的数字型监测电路

说明书

技术领域

本发明涉及一种数字型监测电路，尤其是涉及一种用于监测集成电路NBTI老化效应的数字型监测电路。

背景技术

随着集成电路发展和工艺水平提高，硅片上集成晶体管的数量越来越多，特征尺寸越来越小。先进的制造工艺，极大地提高了集成电路的性能，降低了其成本，但负偏压温度不稳定性(NegativeBiasTemperatureInstability,NBTI)效应引起电路老化的问题也日益突出，我们将集成电路由于NBTI效应导致的老化状况称为集成电路NBTI老化效应；这主要源于晶体管特征尺寸不断缩小、栅氧厚度不断降低，而电源电压的下降却相对比较缓慢。在这种情况下，非常薄的氧化层和较高电源电压在晶体管沟道内形成很强的电场，从而加剧NBTI效应的影响，主要表现为电路参数(如电路的延迟、漏电流等)随着时间的推移不断改变。电路参数的变化不但降低芯片的性能和工作频率，而且偏差量的累积最终导致芯片功能失效。在纳米级CMOS工艺下，NBTI效应已经成为影响芯片服役期可靠性的关键因素。针对电路老化的影响，如何设计抗老化电路、延长使用寿命，已经成为当前集成电路设计中的热点问题。

如何准确地衡量老化程度是抗老化设计的前提条件。Karl等研究动态抗老化技术，提出基于负载偏置的时间关系电路老化模型以及动态可靠性管理方案(dynamicreliabilitymanagement,DRM)，可以延长使用寿命，同时提高20％-35％的电路性能；Raychowdhury等在ISSCC会议上提出自适应字线电荷泵技术，提高寄存器堆的抗电路老化和(processvoltagetemperature,PVT)PVT扰动的能力；Keane等提出采用阵列传感器方式来监测集成电路NBTI老化效应，但是没有提出相应的抗老化方案；Kumar等提出使用自适应体偏置(adaptivebodybias,ABB)和自适应电源电压(adaptivesupplyvoltage,ASV)抗电路参数偏差，在电路综合过程中设置约束条件，保持系统在生命周期内处于最佳工作状态。但是上述这些老化监测电路自身存在的老化效应无法消除，会对老化监测结果造成不良影响，从而导致老化监测数据准确度不够高。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种可以消除监测器自身存在的老化效应对老化监测结果造成的不良影响，老化监测数据准确度较高的用于监测集成电路NBTI老化效应的数字型监测电路。

本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为：一种用于监测集成电路NBTI老化效应的数字型监测电路，包括用于产生参考信号的第一传感器、用于产生老化信号的第二传感器、相位偏差比较器、比较电路和输出电路，所述的比较电路具有使能端、第一输入端、第二输入端、第三输入端、第四输入端和输出端，所述的第一传感器的输出端和所述的比较电路的第一输入端连接，所述的相位偏差比较器的输出端分别与所述的比较电路的第二输入端、所述的比较电路的第三输入端和所述的比较电路的使能端连接，所述的第二传感器的输出端和所述的比较电路的第四输入端连接，所述的比较电路的输出端和所述的输出电路连接，所述的第一传感器和所述的第二传感器采用电路结构完全相同的两个VCO电路来实现；所述的第一传感器采用的VCO电路为制作完成后未使用的VCO电路，所述的第二传感器采用的VCO电路为制作完成后接入工作电压使用一段时间后的VCO电路；所述的第一传感器实时感应集成电路的老化状况并生成老化参考数据输送给所述的比较电路，所述的第二传感器实时感应集成电路的老化状况并生成老化监测数据发送给所述的比较电路，所述的比较电路对老化参考数据和老化监测数据进行比较，得到集成电路的实时老化数据，该实时老化数据通过所述的输出电路输出。