数字集成电路老化测试技术

吕磊+田云+曹韧桩+尹燕恒

摘 要

随着大数据时代的悄然而至，集成电路应用的过程中被人们提出了较高要求，为了提升数字集成电路应用的安全性和稳定性，应做好电路老化测试工作，应用先进测试技术提高电路老化测试的准确性。本文首先介绍了电路老化及影响因素，然后分析了具体的测试技术，最后探究了数字集成电路老化测试的结构设计。

【关键词】数字集成 电路老化 测试技术 设计分析

数字集成电路应用的过程中，其应用效果常受电路老化影响，针对老化电路进行技术测试，并根据测试结果优化数字集成电路，提高电路的稳定性，在此期间，所选用的测试技术十分关键，适合的测试技术能够在短时间内准确检测老化电路，同时，还会降低电路成本。本文针对该论题具体分析，希望能够起到电路测试借鉴作用。

1 电路老化及影响因素

1.1 基本介绍

数字集成电路长时间应用，极易出现电路老化现象，这不仅会影响电路信号传输，而且还会弱化电路性能，与此同时，相关参数也会不同程度的受到影响，用户用电安全性也会相应降低。现如今，电路老化现象时常发生，导致电路老化的原因相对较多，一旦发现存在电路老化现象，应首先准确判断，在判断的基础上进行故障分析，确保电路老化原因在短时间内被探索，以此提升集成电路的安全性。

1.2 影响因素

首先，电迁移EM因素影响。它主要发生在金属导线上，即金属导线的完整性受到破坏后，导线外表面会非规则凸起，这主要受电子冲击影响，这种影响因素导致的电路老化现象属于物质传输。然后，经时击穿TDDB因素影响。它主要在晶体管内部形成电路通路，中止晶体管正常运行，硅氧化层极易因能量过多集聚弱化绝缘效果，最终形成电介质击穿现象。最后，NBTI效应。PMOS管长时间应用后，受负偏置电压影响，阈值电压会不同程度的变化，这在一定程度上会加剧电路老化现象。

2 老化测试技术分析

老化电路测试时，常用的技术类型主要有两种，第一种即预测技术，第二种即检测技术，这两种技术类型均存在应用优势和应用劣势，具体介绍如下。

2.1 预测技术

这一技术主要实施于老化电路检测技术之前，预测依据即观察信号跳变情况，如果预先设置的范围内出现了信号变化，那么电路老化现象则被证实。应用这一技术预测潜在的老化电路，不仅能够降低经济损失，而且还能优化电路性能。预测技术常用于NBTI效应引起的电路老化，针对性的预测不仅能够制定相应的预防措施，而且还能增强系统安全性，避免系统数据丢失。

2.2 检测技术

该技术主要用来检测电路时序，该技术应用的过程中主要整合逻辑电路、对比采样输出值，以此分析是否存在电路老化问题。在RFF电路中，应用检测技术分析电路老化现象的具体流程为：采集输出信号、对比逻辑值、产生输出信号、判断输出信号、分析电路老化现象。

预测技术的应用成本相对较低，但预测本身基于出现错误；检测技术应用成本相对较高，实际检测的过程中存在覆盖不全面、数据状态破坏等问题。这两种技术均适用于其他电路，相对比而言，老化预测技术更具有应用价值。

3 数字集成电路老化测试结构设计

3.1 老化失效预测框架

之所以要建立老化失效预测框架，主要是因为电路老化状态能够被实时监测，即老化电路信息会直观显示，当电路老化现象发生后，那么系统则会在第一时间发出警报，相关工作人员在警报的提示下会全面检测，避免电路老化损失持续扩大。设计框架的过程中，组成部分主要包括两方面，第一方面即监控块，第二方面即触发器，前者主要是用来检测是否存在信号跳变现象，后者主要是用来预测、传递电路老化信号，以免发生电路方面的经济损失。老化失效预测框架具有良好的应用前景，相关学者应在这一方面深入探究，大大提高预测框架的应用率。

3.2 稳定校验电路结构

电路结构校验的过程中常用稳定校验器这一装置，除了这一装置属于老化传感器的组成部分之外，还包括输出锁存器、延迟单元两部分，其中，稳定校验器能够完成信号采样工作；延时单元在保护带间隔方面起着重要作用，它主要用来产生延时信号；最后一部分的作用即输出稳定信号，完成信息结果存储这一工作。老化传感器实际应用的过程中，首先要获取时钟信号，接下来对所获取的时钟信号进行反向输出，待延时时间产生后，则时钟信号能够和上述产生的信号完成逻辑运算，最终形成信号检测区域，针对逻辑电路获取的信号进行区域检验，以此判断电路老化。预测稳定性检验电路实际应用的过程中存在一定问题，其中，延迟单元的应用成本相对较高，并且监测窗口变化多样；老化效应受结构影响存在差异，个别老化效应具有隐蔽性。

3.3 先前采样电路结构

电路结构采样的过程中，应用预测先前采样电路结构完成采样任务，这一结构的组成框架主要包括系统触发器、预采样触发器两部分，两个触发器的输出信号均参加逻辑运算，最终生成信号的信号。由于这两种触发器存在相似的老化效应，进而在延迟单元的作用下，极易出现老化路径隐藏现象，最终影响保护带的稳定性，预测结果也会失去准确性。应用这一电路结构完成采样活动时，会不同程度的增加电路使用成本，同时，还会降低保护带稳定性，监测窗口大小得不到合理控制。

3.4 老化感知触发器

上述两种电路失效预测结构实际应用的过程中存在些许不足，这为老化感知触发器提供了广阔的应用空间，老化感知触发器适用于不同类型、不同程度的数字集成电路老化测试工作，并且应用成本相对较低，能够有效弥补上述介绍的预测结构的不足，并且电路老化的测试准确性相对较高，老化感知触发器具有较高的应用价值。

4 结论

综上所述，在了解电路老化及其影响因素的过程中，掌握老化預测技术、老化检测技术二者间存在的不足，应用老化感知触发器进行电路老化测试，能够弥补稳定校验电路结构以及先前采样电路结构应用的不足，同时，电路老化预测准确性能够大大提高。除此之外，相关研究学者应对老化感知触发器针对性分析，大大提高其在数字集成电路老化测试中的应用率。

参考文献

[1]李华伟.考虑时延偏差的数字电路时延测试综述[J].集成技术，2013，2（06）：54-64.

[2]陈光浩，张福洪，徐春晖.一种集成电路老化测试设备的嵌入式系统设计[J].计算机与数字工程，2014，42（05）：891-895.

作者单位

公安部第一研究所 北京市 100048endprint