[发明专利]基于备份电路的原位老化传感器及老化监测方法

说明书

本发明公开了基于备份电路的原位老化传感器及老化监测方法，设置与原电路组合逻辑单元相同的备份组合逻辑单元，还包括备份组合逻辑单元、多个多路复用器和计数器；在不同时刻t_i(i＝0、1、2、···)分别对所述原电路组合逻辑单元和所述备份组合逻辑单元进行测试，得到不同时刻t_i下两者的总延时值；将t_n时刻下两者的总延时值与t_m时刻下两者的总延时值分别进行对比，利用备份组合逻辑单元的对比值修正原电路组合逻辑单元的对比值，得到由时刻t_m至时刻t_n的原电路组合逻辑单元的老化系数。实现了高精度的老化测量，抵消了工艺、温度对老化监测的影响，保障了军用电子设备电路的高可靠性，能够及时发现电路的隐患。

技术领域

本发明涉及电路老化监测领域，尤其涉及一种适用于军用电子设备的基于备份电路的原位老化传感器及老化监测方法。

背景技术

集成电路进纳米时代后面临着越来越多的挑战，特别是随着集成度的提高，器件参数随着时间的改变将会带来越来越大的影响(例如磨损，晶体缺陷累计，辐射，老化等)，使得纳米技术中的随机效应变大，从而在电路中表现为可变性，导致更严重的错误率，严重影响着电路的可靠性。

军事电子设备中对电路可靠性有着较高的要求，特别是以处理器为代表的控制运算电路，其老化的表现主要体现在关键路径时序增长：而其失效则一方面表现为关键路径长度超过时钟周期，导致触发器采样到错误的信号值，所以检测关键路径是否超过时钟周期成为了一种广泛的老化监测手段；而另一方面，失效也表现在随着老化的加剧，电路中原本隐藏的制造缺陷被引发，比如互连线开路短路等。

当前电路老化监测采用的片上老化传感器主要为复制电路老化传感器、基于路径延迟测量的原位老化传感器以及基于时序错误监测的原位老化传感器。传统的复制电路老化传感器受到集成电路工艺偏差的极大影响，从而导致复制电路无法准确代表原电路的老化情况，其测量结果不可靠；由于电路温度随负载变化的不确定性，导致传统的原位老化传感器无法精确测量电路的真实老化情况；基于路径延迟测量的原位老化传感器由于需要引入延迟链，带来较大的芯片面积开销，从而对被监测电路性能产生较大的影响。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提出基于备份电路的老化监测方法，设置与原电路组合逻辑单元相同的备份组合逻辑单元，非测试状态下，所述原电路组合逻辑单元接入两级寄存器之间正常工作，所述备份组合逻辑单元处于空闲状态；在不同时刻t_i(i＝0、1、2、···)分别对所述原电路组合逻辑单元和所述备份组合逻辑单元进行测试，得到不同时刻t_i下两者的总延时值；将t_n时刻下两者的总延时值与t_m(n＞m)时刻下两者的总延时值分别进行对比，利用备份组合逻辑单元的对比值修正原电路组合逻辑单元的对比值，得到由时刻t_m至时刻t_n的原电路组合逻辑单元的老化系数λ，t_n时刻组合逻辑单元的总延迟值表示为：

式中，为t_n时刻组合逻辑单元的总延迟值，为t_n时刻温度，为t_m时刻温度，α为常数，D_path为组合逻辑单元的路径延迟，D_loop为组合逻辑单元的反馈延迟。

对所述原电路组合逻辑单元和所述备份组合逻辑单元进行测试的方法为：

原电路组合逻辑单元测试步骤：将备份组合逻辑单元接入两级寄存器之间使电路继续正常工作，同时将原电路组合逻辑单元连接成环形振荡器；使能振荡器，对每一个振荡周期进行计数，并根据计数值计算出当前状态下原电路组合逻辑单元的总延迟值D_roo；