[发明专利]一种CMOS数字集成电路总剂量效应建模方法及系统

权利要求书

1.一种CMOS数字集成电路总剂量效应建模方法，其特征在于，所述CMOS数字集成电路总剂量效应建模方法包括：

选择或设计一种数字器件作为原始器件；

对原始数字器件用仪器测量或者在元器件官网下载获得原始器件的IBIS模型数据；

基于IBIS模型数据提取输入端口的钳位管特性曲线和输出端口的晶体管特性曲线；

根据钳位管特性曲线提取二极管模型参数；

根据晶体管特性曲线提取MOS管模型参数；

根据提取的模型参数建立CMOS数字IC行为-物理混合模型；

根据总剂量效应引起的时序变化建立CMOS数字IC时序退化模型；

根据总剂量效应造成的器件电特性退化，建立CMOS数字IC输出端口总剂量效应模型。

2.如权利要求1所述CMOS数字集成电路总剂量效应建模方法，其特征在于，所述原始电子器件的IBIS模型的构建，包括：采用SPICE仿真方法或者真实器件直接测量的方法，测得原始电子器件的IV数据和VT数据；其中，所述IV数据表示电流电压关系，包括上拉下拉I/V数据Pullup、Pulldown以及电源和GND钳位数据Power_Clamp、Gnd_Clamp；所述VT数据表示电压时间关系，包括上升波形的VT数据和下降波形的VT数据；将数据录入IBIS文件，完成IBIS模型的创建。

3.如权利要求1所述CMOS数字集成电路总剂量效应建模方法，其特征在于，所述基于IBIS模型数据提取输入端口的钳位管特性曲线和输出端口的晶体管特性曲线，包括：基于IBIS模型数据，提取原始器件输入端口电源钳位管和地钳位管的特性曲线，提取原始器件输出端口PMOS管与地钳位管特性曲线和NMOS管与电源钳位管特性曲线；

其中，基于IBIS模型提取输入端口钳位管特性曲线时，Power_Clamp数据描述当输入电压高于器件供电电压Vcc时该输入端口的电压、电流关系，端口地钳位管反向截止，电源钳位管正向导通，该组数据即为电源钳位管的V/I特性曲线；由于IBIS模型规定Power_Clamp数据表中的电压V_table为电源电位减去引脚输入电位V_in，故在提取电源钳位管V-I特性时，对应电压V为输入端口电压V_in减去电源电位Vcc，即数据表中电压V_table的相反数；

基于IBIS模型提取输入端口钳位管特性曲线时，GND_Clamp描述当输入电压低于GND时输入引脚的电压、电流特性；电源钳位管反向截止，地钳位管正向导通，故GND_Clamp数据即为地钳位管V/I特性曲线；根据IBIS模型规定，GND_Clamp数据表中的电压V_table为输入引脚电压V_in减去地电位V_GND；在提取地钳位管V-I特性时，对应电压V为地电压减去输入引脚电压V_in，即数据表中电压V_table的相反数；

基于IBIS模型提取输出端口PMOS管和地钳位管特性曲线时，提取输出引脚电压-VCC～VCC范围间的V-I数据，即对应Pullup曲线2VCC～0V区间的数据；推挽输出端口，Pullup曲线融合上拉管与钳位管的电特性；当输出引脚电压处于0V～VCC之间时，上拉管PMOS导通，此时的V-I曲线即为PMOS管输出特性曲线；当输出端口电压小于0V时，PMOS管与地钳位管二极管均导通，Pullup电流数据I_table为上拉PMOS管电流I_PMOS与地钳位二极管电流I_diode之和，且二极管两端电压V_diode为GND电位减去输出端口电压V_out即Pullup电压数据V_table减去电源电位Vcc；根据MOS器件饱和区电压-电流模型对PMOS输出特性曲线饱和区进行拟合，得到在VCC～2VCC区间电压内流过PMOS管的电流I_PMOS，进而得到地钳位二极管特性曲线；

基于IBIS模型提取输出端口NMOS管和电源钳位管特性曲线时，输出端口电压V_out在0V～Vcc范围时，NMOS管导通，其它晶体管均截止，该段Pulldown数据描述的即为NMOS管输出特性；根据MOS器件饱和区电压-电流模型，对NMOS管进行参数拟合，得到流过NMOS管的电流I_NMOS，当V_out大于Vcc时，Pulldown表的电流I_table等于与流过NMOS管的电流I_NMOS与流过电源钳位管的电流I_diode之和，且电源钳位二极管两端电压V_out为输出端口电压减去电源电压Vcc，由此得到电源钳位二极管特性曲线。