專利名稱：熱載流子注入失效預(yù)警電路的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及預(yù)警電路，特別是涉及一種熱載流子注入失效預(yù)警電路。
背景技術(shù)：
隨著超大規(guī)模集成電路制造技術(shù)向深亞微米方向發(fā)展，MOS器件尺寸等比縮小，而工作電壓并未能隨之等比減小，這意味著溝道區(qū)的橫向和縱向電場(chǎng)顯著增加。溝道中的載流子在高電場(chǎng)中獲得足夠能量后形成熱載流子的幾率大大增加。這些高能載流子在MOS器件溝道中能夠翻越界面勢(shì)壘，注入柵氧層，在S1-Si02界面產(chǎn)生界面態(tài)或被柵氧化層中的電荷陷阱俘獲，進(jìn)而導(dǎo)致器件的閾值電壓、跨導(dǎo)和線性區(qū)及飽和區(qū)漏電流等發(fā)生變化。當(dāng)因柵氧化層積累電荷導(dǎo)致閾值電壓和跨導(dǎo)退化超過(guò)一定限值時(shí)，器件將會(huì)失效，這種熱載流子注入效應(yīng)已成為制約集成電路發(fā)展的重要因素之一。因電子系統(tǒng)關(guān)鍵模塊或元件故障而引起的災(zāi)難性事故時(shí)常發(fā)生，這導(dǎo)致大量的人力、物力與財(cái)力的損失。由于當(dāng)前缺乏對(duì)電子系統(tǒng)狀態(tài)準(zhǔn)確的判斷和健康分析，從安全角度對(duì)電子系統(tǒng)進(jìn)行了大量不必要的維修，因而導(dǎo)致運(yùn)行成本大大提高，并且電子系統(tǒng)發(fā)生故障后再進(jìn)行維修往往已經(jīng)造成不可挽回的損失?；陔娮酉到y(tǒng)的故障預(yù)測(cè)與健康管理(prognostics and health management, PHM)的“視情維修”,可以避免傳統(tǒng)“定時(shí)維修”的維修過(guò)剩或“事后維修”造成的巨大損失。PHM方法因由于實(shí)施規(guī)模小、經(jīng)濟(jì)可承受性好以及可避免重大事故等顯著優(yōu)勢(shì)而具有良好的應(yīng)用前景。PHM方法對(duì)電子系統(tǒng)的故障能夠盡早監(jiān)測(cè)、識(shí)別，具備對(duì)電子系統(tǒng)的健康進(jìn)行管理、狀態(tài)進(jìn)行預(yù)測(cè)的能力。因此，電子系統(tǒng)的PHM方法研究已成為國(guó)內(nèi)外科研人員關(guān)注的一項(xiàng)重要課題。PHM方法可以分為三種類型:(a)預(yù)兆單元方法；(b)失效先兆監(jiān)控方法；(c)壽命損耗監(jiān)測(cè)方法。其中，預(yù)兆單元方法根據(jù)電路模塊或元件的失效機(jī)理，在電路中增加易損單元，使其先于主單元失效而提供預(yù)警，達(dá)到保證主單元安全的目的。可集成的熱載流子失效預(yù)警電路是集成電路主要預(yù)兆單元之一，它利用片內(nèi)的可靠監(jiān)視電路，能夠在器件退化到指定閾值時(shí)發(fā)出報(bào)警信號(hào)，從而降低了在設(shè)計(jì)主電路對(duì)可靠性的依賴，同時(shí)又能避免系統(tǒng)的致命故障。傳統(tǒng)的預(yù)警電路采用了以CMOS工藝為基礎(chǔ)的、具有“閾值門(mén)限”特性的比較電路。當(dāng)熱載流子效應(yīng)導(dǎo)致MOS器件閾值電壓漂移達(dá)到設(shè)定值時(shí)，預(yù)警電路將輸出報(bào)警信號(hào)。通常，只有預(yù)警電路本身具備高可靠度，才能對(duì)主電路進(jìn)行失效預(yù)警，也才能保障預(yù)警的準(zhǔn)確性。然而，傳統(tǒng)的預(yù)警技術(shù)采用了具有“閾值門(mén)限”特性的比較電路，且電路結(jié)構(gòu)相對(duì)復(fù)雜，因而其可靠度將難以得到保障，不便于推廣應(yīng)用。

發(fā)明內(nèi)容
基于此，本發(fā)明提供一種熱載流子注入失效預(yù)警電路，能夠在熱載流子注入效應(yīng)發(fā)生到一定程度時(shí)準(zhǔn)確地輸出報(bào)警信號(hào)，其可靠性較高，電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，易于推廣應(yīng)用。一種熱載流子注入失效預(yù)警電路，包括應(yīng)力產(chǎn)生模塊100、差分測(cè)試模塊200、失調(diào)電壓消除模塊300、非重疊時(shí)鐘產(chǎn)生模塊400、比較模塊500、輸出模塊600 ；
應(yīng)力產(chǎn)生模塊100的輸出端與差分測(cè)試模塊200的輸入端相連，差分測(cè)試模塊200的輸出端通過(guò)失調(diào)電壓消除模塊300與比較模塊500的輸入端相連，比較模塊500的輸出端與輸出模塊600的輸入端相連，非重疊時(shí)鐘產(chǎn)生模塊400的輸出端分別與所述應(yīng)力產(chǎn)生模塊100的輸入端、差分測(cè)試模塊200的另一輸入端、失調(diào)電壓消除模塊300另一輸入端相連。。上述熱載流子注入失效預(yù)警電路，通過(guò)應(yīng)力產(chǎn)生模塊產(chǎn)生三角波應(yīng)力電壓，通過(guò)差分測(cè)試模塊引出兩路電壓輸出信號(hào)，當(dāng)預(yù)警電路處于應(yīng)力狀態(tài)時(shí)，在三角波應(yīng)力電壓作用下，差分測(cè)試模塊將加速發(fā)生熱載流子注入效應(yīng)，失調(diào)電壓消除模塊處于自消除誤差狀態(tài)，再通過(guò)比較模塊從輸出模塊中輸出為高電位；當(dāng)預(yù)警電路處于測(cè)試狀態(tài)時(shí)，若閾值電壓增量未超過(guò)預(yù)設(shè)值時(shí)，則輸出低電平；若閾值電壓增量超過(guò)預(yù)設(shè)值時(shí)，則輸出高電平；本發(fā)明采用通用“過(guò)零點(diǎn)”比較模塊和失調(diào)電壓消除模塊作為比較電路，解決了傳統(tǒng)技術(shù)中“閾值門(mén)限”不好精確控制以及失調(diào)電壓不能消除的難題，電路簡(jiǎn)單易行，可靠度將得到提高，且易于推廣應(yīng)用。


圖1為本發(fā)明熱載流子注入失效的預(yù)警電路在一實(shí)施例中的電路結(jié)構(gòu)示意圖。圖2為圖1中在應(yīng)力狀態(tài)下熱載流子注入失效的預(yù)警電路的結(jié)構(gòu)示意圖。圖3為圖1中在測(cè)試狀態(tài)下熱載流子注入失效的預(yù)警電路的結(jié)構(gòu)示意圖。圖4是圖1中非重疊時(shí)鐘信號(hào)產(chǎn)生電路圖。圖5是圖1中比較模塊500的電路圖。圖6是圖1中運(yùn)算放大器102的電路圖。圖7是圖1中在輸入時(shí)鐘信號(hào)(a)控制下，閾值電壓變化未超50mV時(shí)(b)和閾值電壓變化超過(guò)50mV時(shí)(c)的輸出信號(hào)變化情況。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合實(shí)施例及附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明，但本發(fā)明的實(shí)施方式不限于此。如圖1所示，是本發(fā)明熱載流子注入失效的預(yù)警電路在一實(shí)施例中的電路結(jié)構(gòu)示意圖，包括:應(yīng)力產(chǎn)生模塊100、差分測(cè)試模塊200、失調(diào)電壓消除模塊300、非重疊時(shí)鐘產(chǎn)生模塊400、比較模塊500、輸出模塊600 ；應(yīng)力產(chǎn)生模塊100的輸出端與差分測(cè)試模塊200的輸入端相連,差分測(cè)試模塊200的輸出端通過(guò)失調(diào)電壓消除模塊300與比較模塊500的輸入端相連，比較模塊500的輸出端與輸出模塊600的輸入端相連，非重疊時(shí)鐘產(chǎn)生模塊400的輸出端分別與所述應(yīng)力產(chǎn)生模塊100的輸入端、差分測(cè)試模塊200的另一輸入端、失調(diào)電壓消除模塊300另一輸入端相連。在本實(shí)施例中，所述應(yīng)力產(chǎn)生模塊100包括電阻101、電阻103、電阻105、電阻106、電阻108、電阻110、電容104、電容107、運(yùn)算放大器102、運(yùn)算放大器109和開(kāi)關(guān)111 ;所述運(yùn)算放大器102的反相輸入端與電阻101和電容104相連，電容104另一端接地，電阻101另一端和電阻103、電阻105、電阻108相連；所述運(yùn)算放大器102的同相輸入端與電阻105和電阻106相連，電阻106另一端接地，電阻105另一端與電阻101、電阻103、電阻108相連；所述運(yùn)算放大器109的同相輸入端與電阻110串聯(lián)后接地，所述運(yùn)算放大器109的反相輸入端與電阻108 —端相連，同時(shí)與電容107串聯(lián)后連接至所述運(yùn)算放大器109的輸出端，所述運(yùn)算放大器109的輸出端與開(kāi)關(guān)111串聯(lián)；應(yīng)力產(chǎn)生模塊100用于輸出三角波應(yīng)力電壓，可加速產(chǎn)生集成電路的熱載流子注入效應(yīng)。在本實(shí)施例中，所述差分測(cè)試模塊200包括電源VDD、測(cè)試電流源201、測(cè)試電流源202、電阻207、電阻208、開(kāi)關(guān)205、開(kāi)關(guān)206、開(kāi)關(guān)209、開(kāi)關(guān)210、開(kāi)關(guān)211、開(kāi)關(guān)212、開(kāi)關(guān)213、NMOS 管 214、NMOS 管 215 ;所述測(cè)試電流源201和電阻207串聯(lián)后通過(guò)開(kāi)關(guān)209連接NMOS管214的漏極，NMOS管214的源極接地，NMOS管214的柵極通過(guò)開(kāi)關(guān)211與其漏極相連，所述NMOS管214的柵極還與開(kāi)關(guān)111連接；所述NMOS管214的漏極通過(guò)開(kāi)關(guān)205連接到所述電源Vdd ；所述測(cè)試電流源202和電阻208串聯(lián)后通過(guò)開(kāi)關(guān)210連接NMOS管215的漏極，所述NMOS管215的源極接地，NMOS管215的柵極通過(guò)開(kāi)關(guān)212與其漏極相連，所述NMOS管215的柵極還通過(guò)開(kāi)關(guān)213接地；NM0S管215的漏極通過(guò)開(kāi)關(guān)206連接到所述電源Vdd ；從電阻207與測(cè)試電流源201的連接處引出電壓輸出信號(hào)203 ;從電阻208與測(cè)試電流源202的連接處引出電壓輸出信號(hào)204 ；其中，所述測(cè)試電流源201和測(cè)試電流源202的電流相同；所述電阻208的阻值是電阻207阻值的整數(shù)倍，且該整數(shù)倍大于I。所述失調(diào)電壓消除模塊300包括PMOS管301、開(kāi)關(guān)302、開(kāi)關(guān)303、開(kāi)關(guān)304、開(kāi)關(guān)306、開(kāi)關(guān)308、電容305、NMOS管307和偽開(kāi)關(guān)309 ；所述PMOS管301的源極連接至所述電源VDD，其柵極外接偏置電壓，其源極與NMOS管307漏極相連；所述NMOS管307的柵極與其漏極相連，其源極接地；所述開(kāi)關(guān)302連接至測(cè)試電流源201與電阻207之間；所述開(kāi)關(guān)303 —端連接至測(cè)試電流源202與電阻208之間，另一端與電容305相連；所述開(kāi)關(guān)304 —端連接至開(kāi)關(guān)303和電容305之間，另一端與開(kāi)關(guān)302相連；所述開(kāi)關(guān)306 —端連接開(kāi)關(guān)302，另一端連接NMOS管307的漏極；所述開(kāi)關(guān)308的一端連接電容305，另一端連接偽開(kāi)關(guān)309源極和漏極；當(dāng)電路處于應(yīng)力狀態(tài)時(shí)，開(kāi)關(guān)302、開(kāi)關(guān)303斷開(kāi)，開(kāi)關(guān)304、開(kāi)關(guān)306、開(kāi)關(guān)308、偽開(kāi)關(guān)309導(dǎo)通，失調(diào)電壓消除模塊300處于自消除誤差狀態(tài)，比較模塊500的失調(diào)電壓經(jīng)放大后存儲(chǔ)到電容305中；當(dāng)電路處于測(cè)試狀態(tài)，開(kāi)關(guān)302、開(kāi)關(guān)303導(dǎo)通，開(kāi)關(guān)304、開(kāi)關(guān)306、開(kāi)關(guān)308、偽開(kāi)關(guān)309斷開(kāi)，比較模塊500處于比較狀態(tài)，前一級(jí)輸入的差分信號(hào)與比較模塊500的失調(diào)電壓同時(shí)存儲(chǔ)到電容305上，此時(shí)失調(diào)電壓引起的電容305上電荷的變化恰好與自消除誤差狀態(tài)時(shí)電容305上存儲(chǔ)的失調(diào)電壓引起的電荷相抵消，因此失調(diào)電壓得以消除，凈輸出為
準(zhǔn)確值。所述非重疊時(shí)鐘產(chǎn)生模塊400用于輸出4路時(shí)鐘信號(hào)402、403、404和405，可從非重疊時(shí)鐘產(chǎn)生模塊400的輸入端引入輸入時(shí)鐘信號(hào)401,輸出的4路時(shí)鐘信號(hào)與輸入時(shí)鐘信號(hào)401時(shí)序不同,其中，時(shí)鐘信號(hào)403與時(shí)鐘信號(hào)402的電位相反，時(shí)鐘信號(hào)404、時(shí)鐘信號(hào)405與時(shí)鐘信號(hào)402之間存在不同延時(shí)。所述比較模塊500為雙端輸入單端輸出比較器，所述比較模塊500的同相輸入端通過(guò)開(kāi)關(guān)302連接至測(cè)試電流源201，所述比較模塊500的反相輸入端依次通過(guò)電容305和開(kāi)關(guān)303連接至測(cè)試電流源202，用于將差分測(cè)試模塊200的電壓輸出信號(hào)203與204之間的電壓差輸出值放大至Vdd或者GND電位。所述輸出模塊600包括兩個(gè)串聯(lián)連接的反相器,用于將比較模塊500的輸出信號(hào)整形為標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)字信號(hào)并輸出。本實(shí)施例中，熱載流子注入失效預(yù)警電路在開(kāi)關(guān)111、開(kāi)關(guān)205、開(kāi)關(guān)206、開(kāi)關(guān)209、開(kāi)關(guān)210、開(kāi)關(guān)211、開(kāi)關(guān)212、開(kāi)關(guān)213、開(kāi)關(guān)302、開(kāi)關(guān)303、開(kāi)關(guān)304、開(kāi)關(guān)306、開(kāi)關(guān)308、偽開(kāi)關(guān)309的控制下，熱載流子注入失效預(yù)警電路分成兩種狀態(tài):應(yīng)力狀態(tài)、測(cè)試狀態(tài)。如圖2所示，是該熱載流子注入失效預(yù)警電路處于應(yīng)力狀態(tài)下的電路結(jié)構(gòu)示意圖，開(kāi)關(guān)111、開(kāi)關(guān)205、開(kāi)關(guān)206、開(kāi)關(guān)213、開(kāi)關(guān)304、開(kāi)關(guān)306、開(kāi)關(guān)308、偽開(kāi)關(guān)309導(dǎo)通，開(kāi)關(guān)209、開(kāi)關(guān)210、開(kāi)關(guān)211、開(kāi)關(guān)212、開(kāi)關(guān)302、開(kāi)關(guān)303斷開(kāi)時(shí)，電路處于應(yīng)力狀態(tài)。此時(shí)，應(yīng)力產(chǎn)生模塊100輸出的三角波應(yīng)力電壓通過(guò)開(kāi)關(guān)111施加至NMOS管214的柵極；NM0S管215通過(guò)開(kāi)關(guān)213連接到地，即NMOS管215的柵極沒(méi)有外加應(yīng)力的作用。在此狀態(tài)下，三角波應(yīng)力電壓作用于NMOS管214的柵極，NMOS管214將加速發(fā)生熱載流子注入效應(yīng)，進(jìn)而導(dǎo)致閾值電壓會(huì)增大。與此同時(shí)失調(diào)電壓消除模塊300處于誤差消除階段，比較模塊500反相輸入端接入共模電壓，失調(diào)電壓經(jīng)放大后存儲(chǔ)在與比較模塊500連接的電容305中，此時(shí)輸出模塊的輸出為高電位Vdd。如圖3所示，是熱載流子注入失效預(yù)警電路處于測(cè)試狀態(tài)下的電路結(jié)構(gòu)示意圖；電路處于測(cè)試狀態(tài)時(shí)，開(kāi)關(guān)111、開(kāi)關(guān)205、開(kāi)關(guān)206、開(kāi)關(guān)213、開(kāi)關(guān)304、開(kāi)關(guān)306、開(kāi)關(guān)308、偽開(kāi)關(guān)309斷開(kāi)，開(kāi)關(guān)209、開(kāi)關(guān)210、開(kāi)關(guān)211、開(kāi)關(guān)212、開(kāi)關(guān)302、開(kāi)關(guān)303導(dǎo)通。此時(shí)測(cè)試電流源201產(chǎn)生的測(cè)試電流流過(guò)電阻207和NMOS管214，測(cè)試電流源202產(chǎn)生的測(cè)試電流流過(guò)電阻208和NMOS管215。在本實(shí)施例中，預(yù)設(shè)電壓判斷值為50mV，當(dāng)NMOS管214閾值電壓增量未超過(guò)50mV時(shí)，由于電阻207小于電阻208，差分測(cè)試模塊200的輸出信號(hào)203的電壓小于輸出信號(hào)204的電壓，故熱載流子注入失效預(yù)警電路將輸出低電平；當(dāng)NMOS管214閾值電壓增量超過(guò)50mV時(shí)，差分測(cè)試模塊200的輸出信號(hào)203的電壓大于輸出信號(hào)204的電壓，故熱載流子注入失效預(yù)警電路將輸出高電平。如圖4所示，是非重疊時(shí)鐘產(chǎn)生電路的電路示意圖，所述非重疊時(shí)鐘產(chǎn)生電路400包括或非門(mén)406、反相器407、反相器408、反相器409、反相器410、反相器411、反相器412、反相器413、或非門(mén)414、反相器415、反相器416、反相器417、反相器418、反相器419、反相器 420 ；所述或非門(mén)406的其中一個(gè)輸入端與時(shí)鐘輸入信號(hào)401和反相器413輸入端相連，或非門(mén)406輸出端與反相器407輸入端相連；所述反相器407、反相器408、反相器409、反相器410、反相器411和反相器412依次相連；所述或非門(mén)414其中一個(gè)輸入端與反相器412輸出端相連,其另一輸入端與反相器413輸出端相連,或非門(mén)414的輸出端與反相器415輸入端相連；所述反相器415、反相器416、反相器417、反相器418、反相器419和反相器420依次相連；所述反相器420輸出端與或非門(mén)406輸入端相連；分別從反相器420輸出端、反相器410輸出端、或非門(mén)414輸出端、反相器416輸出端引出時(shí)鐘信號(hào)402、時(shí)鐘信號(hào)403、時(shí)鐘信號(hào)404、時(shí)鐘信號(hào)405 ;所述時(shí)鐘信號(hào)402控制開(kāi)關(guān)111、開(kāi)關(guān)205、開(kāi)關(guān)206、開(kāi)關(guān)213、開(kāi)關(guān)304、開(kāi)關(guān)306同時(shí)導(dǎo)通或同時(shí)關(guān)斷；所述時(shí)鐘信號(hào)403控制開(kāi)關(guān)209、開(kāi)關(guān)210、開(kāi)關(guān)211、開(kāi)關(guān)212、開(kāi)關(guān)302、開(kāi)關(guān)303同時(shí)導(dǎo)通或同時(shí)關(guān)斷；所述時(shí)鐘信號(hào)404控制偽開(kāi)關(guān)309導(dǎo)通或關(guān)斷；所述時(shí)鐘信號(hào)405控制開(kāi)關(guān)308導(dǎo)通或關(guān)斷。如圖5所示，是比較模塊500的電路示意圖，用于比較兩個(gè)輸入端的電壓，并輸出單端信號(hào)；所述比較模塊包括九個(gè)MOS管(M0S管501 509):MOS管506為NMOS管，其源極接地，其柵極連接所述偏置電壓；MOS管504和MOS管505為PMOS管，MOS管504和MOS管505的漏極分別與MOS管507、MOS管508的漏極相連，MOS管504和MOS管505的柵極分別為所述比較模塊500的反相輸入端V1、同相輸入端V2，MOS管504和MOS管505的源極均與MOS管502的漏極和源極相連；MOS 管 501、MOS 管 502 和 MOS 管 503 均為 PMOS 管，MOS 管 501、MOS 管 502 和 MOS管503的源極均與電源Vdd相連，MOS管501、MOS管502和MOS管503的柵極均與MOS管506的漏極相連；M0S管501的漏極與MOS管506的漏極相連，MOS管502的漏極與MOS管504的源極相連，MOS管503的漏極與MOS管509的漏極相連；MOS管507和MOS管508均為NMOS管，MOS管507和MOS管508的源極均接地，MOS管507和MOS管508的柵極連接，MOS管507和MOS管508的柵極還都與MOS管504的漏極相連；MOS管509為NMOS管，其柵極與MOS管505的漏極、MOS管508的漏極相連，其柵極還通過(guò)電容510連接至其漏極，MOS管509的漏極為所述比較模塊500的輸出端。如圖6是運(yùn)算放大器102和運(yùn)算放大器109的電路示意圖；運(yùn)算放大器用于產(chǎn)生三角波發(fā)生電路，即利用運(yùn)放自激的效應(yīng)產(chǎn)生方波并用積分運(yùn)算的方法將脈沖方波轉(zhuǎn)化為三角波；所述運(yùn)算放大器102包括7個(gè)MOS管(M0S管1021 1027)和2個(gè)電容(電容1028 1029)；MOS管1026為NMOS管，其源極接地，其柵極連接所述偏置電壓；MOS 管 1024 和 MOS 管 1025 為 NMOS 管，MOS 管 1024 和 MOS 管 1025 的源極均與 MOS管1026的漏極相連，MOS管1024和MOS管1025的柵極分別為所述運(yùn)算放大器102的負(fù)輸入端Vl1、正輸入端V22，M0S管1024和MOS管1025的漏極分別與MOS管1021和MOS管1022的漏極相連；MOS管1021和MOS管1022均為PMOS管，MOS管1021和MOS管1022的源極均與電源電壓Vdd相連，MOS管1021和MOS管1022的柵極短接并均與1024的漏極相連；M0S管1021的漏極與MOS管1024的漏極相連，MOS管1022的漏極與MOS管1025的漏極相連；MOS管1023為PMOS管，其源極接所述電源VDD，其柵極與MOS管1022的漏極相連，其漏極與MOS管1027漏極相連；MOS管1027為NMOS管，其柵極連接所述偏置電壓，其漏極與MOS管1023的漏極相連，其源極接地；電容1028接于MOS管1022的漏極與MOS管1023的漏極之間，所述運(yùn)算放大器102輸出端通過(guò)電容1029接地。圖7是本實(shí)施例中應(yīng)力和測(cè)試狀態(tài)時(shí)各點(diǎn)的波形圖，(a)為輸入時(shí)鐘的信號(hào)波形圖，高電平時(shí)電路處于應(yīng)力狀態(tài)，低電平時(shí)電路處于測(cè)試狀態(tài)；(b)為熱載流子注入效應(yīng)引起的閾值電壓變化未達(dá)到50mV時(shí)的輸出信號(hào)隨時(shí)間的變化；(c)為熱載流子注入效應(yīng)引起閾值電壓變化超過(guò)50mV時(shí)輸出信號(hào)隨時(shí)間的變化。本發(fā)明熱載流子注入失效預(yù)警電路，在電路差分測(cè)試模塊中，提出并設(shè)計(jì)了阻值成比例的電阻，實(shí)際工藝中電阻阻值的絕對(duì)誤差難以控制，相對(duì)誤差較好控制，因而成比例電阻在實(shí)際應(yīng)用中容易實(shí)現(xiàn)；本發(fā)明采用通用“過(guò)零點(diǎn)”比較模塊和失調(diào)電壓消除模塊作為比較電路，電路簡(jiǎn)單易行，可靠度將得到提高，且易于推廣應(yīng)用；通過(guò)本發(fā)明能集成在一個(gè)芯片內(nèi)，提高集成電路失效預(yù)警能力，從而可減少任務(wù)過(guò)程中因集成電路故障引起的風(fēng)險(xiǎn)，保證充裕的無(wú)故障工作時(shí)間，并提高任務(wù)成功率。以上所述實(shí)施例僅表達(dá)了本發(fā)明的幾種實(shí)施方式，其描述較為具體和詳細(xì)，但并不能因此而理解為對(duì)本發(fā)明專利范圍的限制。應(yīng)當(dāng)指出的是，對(duì)于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，在不脫離本發(fā)明構(gòu)思的前提下，還可以做出若干變形和改進(jìn)，這些都屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。因此，本發(fā)明專利的保護(hù)范圍應(yīng)以所附權(quán)利要求為準(zhǔn)。
權(quán)利要求
1.一種熱載流子注入失效預(yù)警電路，其特征在于，包括:應(yīng)力產(chǎn)生模塊(100)、差分測(cè)試模塊(200 )、失調(diào)電壓消除模塊(300 )、非重疊時(shí)鐘產(chǎn)生模塊(400 )、比較模塊(500 )、輸出模塊(600)； 應(yīng)力產(chǎn)生模塊(100)的輸出端與差分測(cè)試模塊(200)的輸入端相連，差分測(cè)試模塊(200)的輸出端通過(guò)失調(diào)電壓消除模塊(300)與比較模塊(500)的輸入端相連，比較模塊(500)的輸出端與輸出模塊(600)的輸入端相連,非重疊時(shí)鐘產(chǎn)生模塊(400)的輸出端分別與所述應(yīng)力產(chǎn)生模塊(100)的輸入端、差分測(cè)試模塊(200)的另一輸入端、失調(diào)電壓消除模塊(300)另一輸入端相連。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的熱載流子注入失效預(yù)警電路，其特征在于，所述應(yīng)力產(chǎn)生模塊(100)包括電阻(101)、電阻(103)、電阻(105)、電阻(106)、電阻(108)、電阻(110)、電容(104)、電容(107)、運(yùn)算放大器(102)、運(yùn)算放大器(109)和開(kāi)關(guān)(111)； 所述運(yùn)算放大器(102)的反相輸入端與電阻(101)和電容(104)相連，電容(104)另一端接地，電阻(101)另一端和電阻(103)、電阻(105)、電阻(108)相連；所述運(yùn)算放大器(102)的同相輸入端與電阻(105)和電阻(106)相連，電阻(106)另一端接地，電阻(105)另一端與電阻(101)、電阻(103)、電阻(108)相連； 所述運(yùn)算放大器(109 )的同相輸入端與電阻(110 )串聯(lián)后接地，所述運(yùn)算放大器(109 )的反相輸入端與電阻(108) —端相連，同時(shí)與電容(107)串聯(lián)后連接至所述運(yùn)算放大器(109)的輸出端，所述運(yùn)算放大器(109)的輸出端與開(kāi)關(guān)(111)串聯(lián)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的熱載流子注入失效預(yù)警電路，其特征在于，所述差分測(cè)試模塊(200)包括電源VDD、測(cè)試電流源(201)、測(cè)試電流源(202)、電阻(207)、電阻(208)、開(kāi)關(guān)(205)、開(kāi)關(guān)(206)、開(kāi)關(guān)(209)、開(kāi)關(guān)(210)、開(kāi)關(guān)(211)、開(kāi)關(guān)(212)、開(kāi)關(guān)(213)、NMOS 管(214)、NM0S 管(215)； 所述測(cè)試電流源(201)和電阻(207)串聯(lián)后通過(guò)開(kāi)關(guān)(209)連接NMOS管(214)的漏極，NMOS管(214)的源極接地，NMOS管(214)的柵極通過(guò)開(kāi)關(guān)(211)與其漏極相連，所述NMOS管(214)的柵極還與開(kāi)關(guān)(111)連接；所述NMOS管(214)的漏極通過(guò)開(kāi)關(guān)(205)連接到所述電源Vdd ; 所述測(cè)試電流源(202)和電阻(208)串聯(lián)后通過(guò)開(kāi)關(guān)(210)連接NMOS管(215)的漏極，所述NMOS管(215)的源極接地，NMOS管(215)的柵極通過(guò)開(kāi)關(guān)(212)與其漏極相連，所述NMOS管(215)的柵極還通過(guò)開(kāi)關(guān)(213)接地；NM0S管(215)的漏極通過(guò)開(kāi)關(guān)(206)連接到所述電源Vdd ； 從電阻(207)與測(cè)試電流源(201)的連接處引出電壓輸出信號(hào)(203);從電阻(208)與測(cè)試電流源(202)的連接處引出電壓輸出信號(hào)(204)； 其中，所述測(cè)試電流源(201)和測(cè)試電流源(202)的電流相同；所述電阻(208)的阻值是電阻(207)阻值的整數(shù)倍，所述整數(shù)倍大于I。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的熱載流子注入失效預(yù)警電路，其特征在于，所述失調(diào)電壓消除模塊(300)包括PMOS管(301)、開(kāi)關(guān)(302)、開(kāi)關(guān)(303)、開(kāi)關(guān)(304)、開(kāi)關(guān)(306)、開(kāi)關(guān)(308)、電容(305)、NM0S 管(307)和偽開(kāi)關(guān)(309)； 所述PMOS管(301)的源極連接至所述電源VDD，其柵極外接偏置電壓，其源極還與NMOS管(307)漏極相連；所述NMOS管(307)的柵極與其漏極相連，其源極接地； 所述開(kāi)關(guān)(302)連接至測(cè)試電流源(201)與電阻(207)之間； 所述開(kāi)關(guān)(303) 一端連接至測(cè)試電流源(202)與電阻(208)之間，另一端與電容(305)相連； 所述開(kāi)關(guān)(304) —端連接至開(kāi)關(guān)(303)和電容(305)之間，另一端與開(kāi)關(guān)(302)相連； 所述開(kāi)關(guān)(306)—端連接開(kāi)關(guān)(302)，另一端連接NMOS管(307)的漏極； 所述開(kāi)關(guān)(308)的一端連接電容(305)，另一端連接偽開(kāi)關(guān)(309)源極和漏極。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的熱載流子注入失效預(yù)警電路，其特征在于，所述非重疊時(shí)鐘產(chǎn)生模塊(400)用于輸出時(shí)鐘信號(hào)(402)、時(shí)鐘信號(hào)(403)、時(shí)鐘信號(hào)(404)和時(shí)鐘信號(hào)(405);其中，時(shí)鐘信號(hào)(403)與時(shí)鐘信號(hào)(402)的電位相反，時(shí)鐘信號(hào)(404)、時(shí)鐘信號(hào)(405)與時(shí)鐘信號(hào)(402)之間存在不同延時(shí)。
6.根據(jù)權(quán)利要求4或5所述的熱載流子注入失效預(yù)警電路，其特征在于，所述非重疊時(shí)鐘產(chǎn)生電路(400)包括或非門(mén)(406)、反相器(407)、反相器(408)、反相器(409)、反相器(410)、反相器(411)、反相器(412)、反相器(413)、或非門(mén)(414)、反相器(415)、反相器(416)、反相器(417)、反相器(418)、反相器(419)、反相器(420)； 所述或非門(mén)(406)的其中一個(gè)輸入端與時(shí)鐘輸入信號(hào)(401)和反相器(413)輸入端相連，或非門(mén)(406)輸出端與反相器(407)輸入端相連； 所述反相器(407)、反相器(408)、反相器(409)、反相器(410)、反相器(411)和反相器(412)依次相連； 所述或非門(mén)(414)其中一個(gè)輸入端與反相器(412)輸出端相連,其另一輸入端與反相器(413)輸出端相連,或非門(mén)(414)的輸出端與反相器(415)輸入端相連； 所述反相器(415)、反相器(416)、反相器(417)、反相器(418)、反相器(419)和反相器(420)依次相連； 所述反相器(420)輸出端與或非門(mén)(406)輸入端相連； 分別從反相器(420)輸出端、反相器(410)輸出端、或非門(mén)(414)輸出端、反相器(416)輸出端引出時(shí)鐘信號(hào)(402)、時(shí)鐘信號(hào)(403)、時(shí)鐘信號(hào)(404)、時(shí)鐘信號(hào)(405);所述時(shí)鐘信號(hào)(402)控制開(kāi)關(guān)(111)、開(kāi)關(guān)(205)、開(kāi)關(guān)(206)、開(kāi)關(guān)(213)、開(kāi)關(guān)(304)、開(kāi)關(guān)(306)同時(shí)導(dǎo)通或同時(shí)關(guān)斷；所述時(shí)鐘信號(hào)(403)控制開(kāi)關(guān)(209)、開(kāi)關(guān)(210)、開(kāi)關(guān)(211)、開(kāi)關(guān)(212)、開(kāi)關(guān)(302)、開(kāi)關(guān)(303)同時(shí)導(dǎo)通或同時(shí)關(guān)斷；所述時(shí)鐘信號(hào)(404)控制偽開(kāi)關(guān)(309)導(dǎo)通或關(guān)斷；所述時(shí)鐘信號(hào)(405)控制開(kāi)關(guān)(308)導(dǎo)通或關(guān)斷。
7.根據(jù)權(quán)利要求3所述的熱載流子注入失效預(yù)警電路，其特征在于，所述比較模塊(500)為雙端輸入單端輸出比較器，所述比較模塊(500)的同相輸入端通過(guò)開(kāi)關(guān)(302)連接至測(cè)試電流源(201，所述比較模塊(500)的反相輸入端依次通過(guò)電容(305)和開(kāi)關(guān)(303)連接至測(cè)試電流源(202)，用于將差分測(cè)試模塊(200)的電壓輸出信號(hào)(203)與(204)之間的電壓差輸出值放大至Vdd或者GND電位。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的熱載流子注入失效預(yù)警電路，其特征在于，所述輸出模塊(600)包括兩個(gè)串聯(lián)連接的反相器，用于將比較模塊(500)的輸出信號(hào)整形為標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)字信號(hào)并輸出。
9.根據(jù)權(quán)利要求2所述的熱載流子注入失效預(yù)警電路，其特征在于，所述運(yùn)算放大器(102)和運(yùn)算放大器(109)具有相同結(jié)構(gòu)，都包括7個(gè)MOS管和2個(gè)電容； MOS管(1026)為NMOS管，其源極接地，其柵極連接所述偏置電壓； MOS 管(1024)和 MOS 管(1025)為 NMOS 管，MOS 管(1024)和 MOS 管(1025)的源極均與MOS管(1026)的漏極相連，MOS管(1024)和MOS管(1025)的柵極分別為所述運(yùn)算放大器(102)的負(fù)輸入端Vl1、正輸入端V22，M0S管(1024)和MOS管(1025)的漏極分別與MOS管(1021)和MOS管(1022)的漏極相連； MOS 管(1021)和 MOS 管(1022)均為 PMOS 管，MOS 管(1021)和 MOS 管(1022)的源極均與電源電壓Vdd相連，MOS管(1021)和MOS管(1022)的柵極短接并均與(1024)的漏極相連；MOS管(1021)的漏極與MOS管(1024)的漏極相連，MOS管(1022)的漏極與MOS管(1025)的漏極相連； MOS管(1023)為PMOS管，其源極接所述電源VDD，其柵極與MOS管(1022)的漏極相連，其漏極與MOS管(1027)漏極相連； MOS管(1027)為NMOS管，其柵極連接所述偏置電壓，其漏極與MOS管(1023)的漏極相連，其源極接地； 電容(1028)接于MOS管(1022)的漏極與MOS管(1023)的漏極之間，所述運(yùn)算放大器(102)輸出端通過(guò)電容(1029)接地。
10.根據(jù)權(quán)利要求6所述的熱載流子注入失效預(yù)警電路，其特征在于，所述比較模塊包括九個(gè)MOS管: MOS管(506)為NMOS管，其源極接地，其柵極連接所述偏置電壓； MOS管(504)和MOS管(50 5)為PMOS管，MOS管(504)和MOS管(505)的漏極分別與MOS管(507)、MOS管(508)的漏極相連，MOS管(504)和MOS管(505)的柵極分別為所述比較模塊(500)的反相輸入端V1、同相輸入端V2，MOS管(504)和MOS管(505)的源極均與MOS管(502)的漏極和源極相連； MOS 管(501)、M0S 管(502)和 MOS 管(503)均為 PMOS 管，MOS 管(501)、M0S 管(502)和MOS管(503)的源極均與電源Vdd相連，MOS管(501),MOS管(502)和MOS管(503)的柵極均與MOS管(506)的漏極相連；M0S管(501)的漏極與MOS管(506)的漏極相連，MOS管(502)的漏極與MOS管(504)的源極相連，MOS管(503)的漏極與MOS管(509)的漏極相連； MOS管(507)和MOS管(508)均為NMOS管，MOS管(507)和MOS管(508)的源極均接地，MOS管(507)和MOS管(508)的柵極連接，MOS管(507)和MOS管(508)的柵極還都與MOS管(504)的漏極相連； MOS管(509)為NMOS管，其柵極與MOS管(505)的漏極、MOS管(508)的漏極相連，其柵極還通過(guò)電容(510)連接至其漏極，MOS管(509)的漏極為所述比較模塊(500)的輸出端。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)一種熱載流子注入失效預(yù)警電路，包括應(yīng)力產(chǎn)生模塊、差分測(cè)試模塊、失調(diào)電壓消除模塊、非重疊時(shí)鐘產(chǎn)生模塊、比較模塊、輸出模塊；應(yīng)力產(chǎn)生模塊的輸出端與差分測(cè)試模塊的輸入端相連，差分測(cè)試模塊的輸出端通過(guò)失調(diào)電壓消除模塊與比較模塊的輸入端相連，比較模塊的輸出端與輸出模塊的輸入端相連，非重疊時(shí)鐘產(chǎn)生模塊的輸出端分別與所述應(yīng)力產(chǎn)生模塊的輸入端、差分測(cè)試模塊的另一輸入端、失調(diào)電壓消除模塊另一輸入端相連。本發(fā)明能夠在熱載流子注入效應(yīng)發(fā)生到一定程度時(shí)準(zhǔn)確地輸出報(bào)警信號(hào)，其可靠性較高，電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，易于推廣應(yīng)用。
文檔編號(hào)G01R31/26GK103217637SQ201310113090
公開(kāi)日2013年7月24日 申請(qǐng)日期2013年4月2日 優(yōu)先權(quán)日2013年4月2日
發(fā)明者陳義強(qiáng), 王彬, 恩云飛, 陸裕東, 黃云 申請(qǐng)人:工業(yè)和信息化部電子第五研究所