[发明专利]一种电子学系统总剂量效应的系统级仿真方法

说明书

本发明公开了一种电子学系统总剂量效应的系统级仿真方法，利用电子学系统内部不同芯片的电路模型及IBIS模型，通过仿真和实验的手段确定总剂量效应对每个模型单独的影响，之后将各个子模型的总剂量效应模型连接起来得到整个电子学系统在总剂量效应下的完整模型，给定输入信号即可得到整个电子学系统在总剂量效应影响下的输出响应。本方法在Verilog‑AMS模型、Verilog模型、SPICE模型以及IBIS模型的基础上都根据总剂量效应的影响进行了修正，同时利用MATLAB或Python实现了子模块之间数据的转换和传递，将各个模型耦合起来形成一个完整的电子学系统模型，实现了系统级的总剂量效应的模拟仿真。同时还编写了单个模块以及整个系统的故障评价程序，用于研究总剂量效应影响的规律。

技术领域

本发明属于核技术应用——辐射效应技术领域，具体涉及一种电子学系统总剂量效应的系统级仿真方法。

背景技术

随着集成电路技术的发展，电子芯片的应用场景越来越广泛。在航天航空以及一些特定的辐射环境中，电子学系统的辐射效应十分突出，辐射效应可引发系统级功能错误甚至造成永久性损坏。通常辐射可导致电子芯片出现位移损伤效应、总剂量效应、单粒子效应等。针对总剂量效应仿真计算，对于单个半导体器件，研究人员一般采用计算机辅助设计技术(Technology Computer Aided Design,TCAD)进行3D建模仿真，模拟器件级别的总剂量效应的响应，或对关键节点建模采用混合电路仿真。对于电路级别，一般采用考虑总剂量效应的SPICE模型进行仿真。实验中，直接将半导体器件或电路测试板直接置于辐照环境中使其发生总剂量效应来研究器件或电路的响应。以往针对总剂量效应的仿真集中在单个器件或者小电路级，仿真层次较低，无法适用于系统级模拟。实验中虽然能对整个电子学系统进行辐照，但是由于整个电子学系统内部各个芯片之间的互联与通讯已经固定为整体，因此只能通过测量整个电子学系统的输入输出响应来观察辐照对整个电子学系统的影响，难以获悉总剂量效应电子学系统内部各模块的影响，难以获悉随着累积剂量的增加电子学系统辐射效应导致内部各模块参数的退化对其它模块的影响，难以获悉总剂量效应下各模块之间的相互耦合关系，难以对电子学系统的总剂量效应进行准确的系统级评估。因此，基于器件级和电路级的仿真和实验无法满足系统级仿真的需求。目前，尚无针对电子学系统的系统级的总剂量效应仿真方法。

发明内容

本发明提供了一种电子学系统总剂量效应的系统级仿真方法，可以在给定总剂量下进行系统级的时域仿真，研究多模块的耦合作用，分析系统级总剂量效应规律。

为达到上述目的，本发明所述一种电子学系统总剂量效应的系统级仿真方法，包括以下步骤：

步骤1、获得电子学系统中各个模块初始状态下的IBIS模型、基本独立器件PMOS样品及其SPICE模型、以及基本独立器件NMOS样品及其SPICE模型；

步骤2、根据步骤1中得到的IBIS模型及基本独立器件PMOS和NMOS的SPICE模型，以及电子学系统中的ADC模块、DAC模块、ASIC模块以及PLL模块的内部电路，搭建电子学系统中ADC模块，DAC模块内部电路的Verilog-AMS模型以及锁相环PLL的SPICE模型，获得ASIC的Verilog模型和综合使用的工艺库，工艺库中包含基本逻辑电路单元；使用步骤1中的PMOS和NMOS器件样品搭建综合过程中所用到的基本逻辑电路单元样品；

步骤3、对ADC模块、DAC模块和PLL模块所应用到的基本电子器件NMOS样品和PMOS样品，及步骤2得到的ASIC综合使用的基本逻辑电路样品进行总剂量辐照实验，提取辐照前与辐照后的电子学参数，得到NMOS样品、PMOS样品以及基本逻辑电路单元样品的总剂量效应导致的器件参数变化量；

将所述的器件参数变化量叠加至PMOS的SPICE模型、NMOS的SPICE模型以及基本逻辑电路单元中相应的电学参数，得到NMOS总剂量效应仿真模型、PMOS总剂量效应仿真模型以及基本逻辑电路单元的总剂量效应仿真模型；