автореферат диссертации по информатике, вычислительной технике и управлению, 05.13.12, диссертация на тему:Разработка средств верификации сложных цифровых микросхем с учетом радиационного воздействия в САПР

004,53967? На правах рукописи

7

КОНАРЕВ Михаил Викторович "[//' /

РАЗРАБОТКА СРЕДСТВ ВЕРИФИКАЦИИ СЛОЖНЫХ ЦИФРОВЫХ МИКРОСХЕМ С УЧЕТОМ РАДИАЦИОННОГО ВОЗДЕЙСТВИЯ В САПР

05.13.12-Системы автоматизации проектирования

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

2 5 мдр 2010

Воронеж-2010

004599677

Работа выполнена в Государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Воронежская государственная лесотехническая академия»

Научный руководитель доктор технических наук, профессор

Зольников Владимир Константинович

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор

Стародубцев Виктор Сергеевич,

доктор технических наук, профессор Питолин Владимир Михайлович

Ведущая организация Открытое акционерное общество

Концерн «Созвездие»

Защита диссертации состоится 23 апреля 2010 г. в 1300 на заседании диссертационного совета Д 212.034.03 при Государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Воронежская государственная лесотехническая академия» по адресу: 394613, г. Воронеж, ул. Тимирязева, 8, ауд. 240.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ГОУ ВПО «Воронежская государственная лесотехническая академия».

Автореферат разослан и размещен на официальном сайте ГОУ ВПО «ВГЛТА» 18 марта 2010 г.

Ученый секретарь ^ // ^__

диссертационного совета ■ В.И.Анциферова

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. В настоящее время в процессе разработки интегральных схем (ИС) необходимо учитывать новые тенденции в проектировании изделий электронной компонентной базы. Это постоянное снижение проектных норм и увеличение степени интеграции при росте функциональных возможностей, внедрение новых методов проектирования с использованием сложно-функциональных (СФ) блоков, что привело к появлению нового специализированного класса ИС "система на кристалле" (СнК).

Рассматривая микроэлектронику военного и двойного назначения, следует отметить существенные изменения методов проектирования, моделирования и тестирования, связанные с влиянием дестабилизирующих факторов и, прежде всего, радиационного воздействия. Данные изменения вызваны тем, что при переходе на новые глубоко субмикронные проектные нормы стали проявляться и оказывать существенное влияние на работу микросхемы физические явления, которые ранее не проявлялись или не оказывали влияние на работу ИС. Кроме того, уточнение реальной радиационной обстановки и изменение условий эксплуатации привело к необходимости учета новых видов излучения (прежде всего космического пространства) и существенной корректировке «традиционных» видов излучения, что отразилось в новом комплексе государственных стандартов (КГС) «Клнмат-7» и развивающих его последующих руководящих документах.

Стоит отметить ещё одно важное обстоятельство при проектировании раднационно-стойких сверхбольших интегральных схем (СБИС) - это стоимость разработок. В настоящее время жесткая конкуренция при создании микросхем фактически не оставляет времени на исправление ошибок, которые возникают в процессе проектирования и выявляются при тестировании готового изделия. При создании радиационно-стойких изделий стоимость ошибки только увеличивается, как так разработка таких изделий продолжается более длительное время, требует значительно больших затрат по сравнению с классом нестойких к радиации гражданских изделий и выявляется значительно позднее на стадии приемосдаточных испытаний на воздействие специальных факторов. Поэтому в новых условиях важнейшей задачей является предельное сокращение сроков и стоимости разработки при обеспечении безошибочной проектной информации, что достигается внедрением достоверных моделей поведения элементов и методов тестирования на ранних стадиях проектирования с учетом радиации.

Одной из основных причин длительного времени разработки является сложность синтеза тестовой последовательности и верификации готовых изделий. Существующие алгоритмы синтеза тестовой последовательности ориентированы на выявление одиночных константных неисправностей. Их эффективность заметно падает с увеличением числа вентилей. При этом они совершенно не учитывают особенностей неисправностей, вызванных воздействием радиации на ИС, а также особенности тестирования на радиационную стойкость изделий с отсутствующими производственными дефектами.

Поэтому одной из главных задач создания радиационно-стойкой электронной компонентной базы является разработка подсистемы верификации и генерации тестов, которая бы использовала усовершенствованные алгоритмы, ориентированные на выявление неисправностей, вызванных воздействием радиации. Такая подсистема должна стать компонентом САПР изделий вычислительной техники специального назначения и сократить время верификации за счет введения новых алгоритмов.

Таким образом, выдвинуты актуальные задачи по созданию подсистемы САПР для разработки радиационно-стойких микросхем, которые потребовали своего решения.

11аиболее перспективной технологией создания радиационно-стойких ИС является КМОП технология, так как она обладает высокой функциональной насыщенностью, низ-

кой потребляемой мощностью, малыми затратами на изготовление и значительной наработкой методов повышения радиационной стойкости. Поэтому в данной работе основное внимание уделено изделиям, выполненным на основе КМОП технологии.

Диссертация выполнена по программам важнейших работ Министерства образования и науки по планам НИР и ОКР ФГУП НИИЭТ: «Гармонизация», «Тибр», «Множест-во-ТСВ» и др., а также в соответствии с межвузовской научно-технической программой И.Т.601 «Перспективные информационные технологии в высшей школе» и научному направлению ГОУ ВПО «Воронежская государственная лесотехническая академия» (ВГЛТА) «Разработка средств автоматизации управления и проектирования (в промышленности)».

Цель работы состоит в разработке научных основ построения средств верификации и генерации тестов сложных цифровых КМОП систем с учетом радиации, на основе комплекса математических моделей, алгоритмов, программных средств моделирования поведения неисправных элементов и методов генерации тестов с учетом радиационного воздействия.

Для достижения цели необходимо решить следующие задачи:

1. Провести анализ современного состояния средств синтеза тестов в системах автоматизации проектирования и возможностей учёта в них радиационного воздействия.

2. Проанализировать основные типы неисправностей, возникающих при радиационном воздействии на СБИС, и сформулировать основные проблемы, возникающие при верификации таких СБИС.

3. Разработать математические модели неисправных КМОП элементов после радиационного воздействия на схемотехническом и функционально-логическом уровнях.

4. Разработать и сформировать библиотеку неисправных элементов вследствие радиационного воздействия.

5. Разработать алгоритмическую основу синтеза структурных, функциональных и случайных тестов, учитывающих особенности импульсного и статического радиационного воздействия на СБИС.

6. Разработать программное обеспечение подсистемы верификации и синтеза тестовой последовательности, внедрить разработанные средства в единую среду сквозного проектирования дизайн центра.

Методика исследования. Для решения поставленных задач использованы: теория автоматизации проектирования, теория вероятности; численные методы вычислительной математики. А также методы модульного, структурного и объектно-ориентированного программирования; имитационное, структурное и параметрическое моделирование, методы системного анализа и вычислительные эксперименты.

Научная новизна. В результате проведенного исследования получены следующие результаты, характеризующиеся научной новизной:

- развиты принципы построения моделей библиотечных элементов на схемотехническом уровне с учётом эффектов импульсного и статического радиационного воздействия, позволяющие учесть критерии неисправностей воздействия радиации в схемах высокой степени интеграции;

- разработан метод модификации параметров библиотечных элементов на функционально-логическом уровне, отличающийся возможностью получения неисправных элементов вследствие специального воздействия, позволяющий учесть факторы статического и импульсного излучений в соответствие с требованиями нового комплекса государственных стандартов «Климат-7»;

- предложен метод преобразования схемотехнического базиса в функционально-логический базис, в отличие от известных ранее метод позволяет получить библиотеку

элементов, содержащую для каждого типа элемента несколько неисправных, учитывающих радиационное воздействие при различных параметрах мощности дозы и накопленной дозы в соответствие с КГС «Климат-7»;

- разработана алгоритмическая основа метода синтеза структурных тестов, расширяющая О-алгоритм Рота, в отличие от классического алгоритма разработанный алгоритм позволяет учесть воздействие на логическое состояние элемента токов ионизации и паразитных структур, вызванных импульсным излучением.

Основные положения, выносимые па защиту:

- модели неисправных библиотечных элементов на схемотехническом и функционально-логическом уровнях;

- алгоритмы синтеза структурных и случайных тестов с учетом влияния радиационного воздействия на схему;

- методика осуществления функционального тестирования радиационно-стойких сложных цифровых микросхем;

- программное обеспечение подсистемы комплексного тестирования радиацпонно-стойкпх сложных цифровых микросхем.

Практическая значимость н результаты внедрения. На основе предложенных методов, математических моделей и алгоритмов разработано программное обеспечение, которое внедрено в ФГУП «НИИ Электронной техники» (г. Воронеж), ОАО «Воронежский завод полупроводниковых приборов - Сборка» (г. Воронеж). Полученные результаты внедрены в учебный процесс Воронежского института высоких технологий на кафедре информационных систем и технологий в рамках учебных курсов «Электротехника и электроника», «Моделирование систем». Анализ результатов внедрения показал высокую эффективность разработанных средств.

Разработанный комплекс методов, моделей, алгоритмов и программное обеспечение позволяют существенным образом повысить эффективность подсистемы верификации САПР радиационпо-стойких КМОП СБИС. Основной практический вывод диссертационной работы заключается в создании средств синтеза тестов с учетом статического и импульсного радиационного воздействия для верификации сложных цифровых микросхем. Универсальность разработанных средств позволяет использовать их на других предприятиях аналогичного профиля.

На основе предложенных методов и моделей создана библиотека неисправных элементов, подвергшихся влиянию импульсного и статического радиационного воздействия, с помощью которой разработано программное обеспечения для синтеза случайных и функциональных тестов.

Полученные средства позволяют определить наиболее критичные к радиационному воздействию блоки и компоненты микросхем и сократить время осуществления функционального контроля, что приводит к существенному экономическому эффекту.

Апробация работы. Научные результаты и положения диссертационной работы обсуждались на научно-технических конференциях и совещаниях по выполнению НИР и ОКР на ведущих предприятиях электронной промышленности.

Основные результаты диссертационной работы докладывались на конференциях: «Информационные системы и модели в научных исследованиях, промышленности и экологии» (г. Тула, 2008 г.); «Математические методы в технике и технологиях» (г. Саратов, 2008 г.); «Системные проблемы надёжности, качества, информационно-телекоммуникационных и электронных технологий в управлении инновационными проектами» (ИННОВАТИКА-2009); «Радиационная стойкость электронных систем - Стойкость 2009» (г. Москва, 2009 г.).

Публикации результатов работы. По теме диссертации опубликовано 16 печатных работ, включая 4 работы, опубликованные в журналах определённых ВАК.

Десять работ написаны без соавторов. В работах, выполненных в соавторстве, автору принадлежит более 50% процентов материала по основным научно-техническим решениям и эффективности их реализации.

Структура и объём работы. Диссертация состоит из введения, четырех разделов, заключения списка литературы и приложений. Материалы диссертации изложены на 165 страницах, включая 132 страницы машинописного текста, 34 рисунка, 8 таблиц, список литературы из 103 наименований и 2 приложения.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы диссертационной работы, формулируется цель, научная новизна и практическая ценность полученных результатов.

В первом разделе рассмотрены виды радиационного воздействия, влияющие на различные параметры СБИС и СнК, произведён анализ возможностей учета воздействия радиации в современных системах автоматизации проектирования сложньк цифровых микросхем, рассмотрены проблемы верификации и генерации тестов с учетом радиационного воздействия, поставлены цели и задачи представленной работы.

Радиационное воздействие состоит из импульсного, статического и космического видов излучения, что отражено в КГС «Климат-7». Проведенный анализ основных радиационных эффектов показал, что преобладающими являются эффекты ионизации, характерные для импульсного вида излучения, и эффекты деградация электрических и функциональных характеристик вследствие накопления радиационно-индуцированного заряда в диэлектрических структурах в результате статического радиационного воздействия. Эффекты ионизации связаны с образованием свободных носителей зарядов, ионизационных токов и токов утечки, накоплением заряда и образованием радиационно-наведенных потенциалов. Действие отдельных тяжелых заряженных частиц космического пространства на схему в данной работе не рассматривалось. Реакцией СБИС на воздействие излучения является изменение электрических параметров под действием радиации или нарушение закона функционирования.

Проведенный анализ имеющихся современных средств проектирования показал, что приобрести пакеты программ САПР изделий электронной техники (ИЭТ) двойного назначения не возможно из-за политики национальной безопасности, так как они имеют прямое отношение к созданию новых видов вооружения и обеспечению обороноспособности страны. Более того, часто сложно даже приобрести просто современное программное обеспечение для проектирования микросхем гражданского назначения. Основной средой разработки в отечественных центрах проектирования является САПР фирмы Cadence Design Systems далеко не самых последних версий с включением в него пакетов собственных разработок.

Анализ методов синтеза тестовых последовательностей и верификации цифровых схем большой сложности показал, что, несмотря на разнообразие видов потенциальных ошибок, возникающих в процессе проектирования СБИС, основным классом ошибок остается константный тип неисправностей. Именно на выявление таких неисправностей и ориентировано большинство средств синтеза тестов. При этом неисправности, вызванные радиационным воздействием, имеют свои особенности -они изменяют функцию логических элементов, являются неустойчивыми. Поэтому, стандартные тесты, обнаруживающие константные неисправности, не лучшим образом подходят для верификации СБИС с учетом радиационного воздействия. Кроме того, при тестировании на радиационную стойкость требуется определить наиболее чувствительные к радиации блоки и компоненты схемы.

Радиационные эффекты заметным образом нарушают функционирование СБИС. Сложность автоматического синтеза функционального теста заключается в его ориентации на ал-

горитм функционирования (поведенческие свойства) схемы, не зависящего от технологической реализации. Процедура построения функционального тсста в большей части остается эвристической и его качество и полнота зависят от опыта и интуиции разработчика, при этом функциональные тесты необходимы для верификации СБИС с учетом эффектов радиации.

Поэтому поставлена задача разработки подсистемы верификации и генерации тестов с учетом радиации как системного компонента САПР, с помощью которого можно создавать как функциональные, так и структурные тесты достаточной полноты.

Во втором разделе произведен анализ основных неисправностей цифровых микросхем, вызванных эффектами радиации, предложены модели неисправных библиотечных элементов вследствие радиационного воздействия на схемотехническом уровне и методика изменения параметров библиотечных элементов па функционально-логическом уровне, предложен способ преобразования библиотеки неисправных элементов на схемотехническом уровне с учетом радиационного воздействия в библиотеку элементов функционально-логического уровня.

Проведенный анализ неисправностей показал, что неисправности современных СБИС, вызванные радиационным воздействием, имеют свои особенности, причем эти особенности различаются для статических видов излучения и для импульсного вида радиационног о воздействия. Так на схемотехническом уровне статическое излучение оказывает деградирующее долгосрочное влияние на пороговое напряжение и удельную крутизну МОИ транзисторов. Импульсное же излучение приводит к появлению ионизационных токов, токов утечки, образованию паразитных структур, нарушающих нормальное функционирование схемы.

В работе предложены модифицированные модели элементов, учитывающие токи ионизации и паразитные структуры, возникающие в современных схемах, выполненных по субмикропной технологии. Так, например, электрическая эквивалентная схема (ЭЭС) инвертора с учетом импульсного радиационного воздействия выглядит следующим образом (Рисунок 1):

На этой схеме 1иир, 1„сР - генераторы ионизационных токов истока и стока р- канального транзистора, а 1ПСП) 1иип - п- канального транзистора соответственно, VTi и VT2-паразнтные биполярные транзисторы. Эти элементы появляются только при импульсном излучении.

Для определения нарушения функционирования разработанной модели необходимо рассчитать ток стока 1с0. В случае отсутствия радиационного воздействия 1с0 = 1ср - 1с„, где Im и 1ср - ток стока п- и р- канального транзисторов соответственно. С повышением мощности дозы отпирается сначала один паразитный биполярный транзистор, а затем и другой. В результате чего изменяется величина и направление 1со, а также выходное на-

пряжение UBU„ которое определяется суммой токов стоков п- и р- МОП транзисторов. Следствием этого может стать изменение логического состояния инвертора. Предложенный метод моделирования нарушения функционирования основан на изменении величины токов ионизации 1ир -1„„ п- и р- канальных паразитных транзисторов.

В работе предложены модели неисправных элементов с завышенной задержкой переключения, элементы с недостаточной помехоустойчивостью, полученные коррекцией порогового напряжения и подвижности носителей заряда транзисторов. Добавление токов утечки, а также такое изменение пороговых напряжений транзисторов р- и п- типа, что оба типа транзисторов оказываются открытыми одновременно, позволяют получить неисправный элемент с завышенным током потребления. Учет деградации параметров транзистора осуществлён через модификацию соответствующих параметров в его SPICE модели.

После получения моделей неисправных элементов на схемотехническом уровне необходимо осуществить перенос полученных результатов на функционально-логический уровень. Так как именно на нём осуществляется генерация тестов. Для решения этой задачи предложен метод преобразования схемотехнического базиса в функционально-логический базис, позволяющий получить библиотеку элементов, содержащую для каждого типа элементов несколько неисправных, учитывающих радиационное воздействие.

Задачу такого преобразования можно определить следующим образом. Пусть X -множество характеризующее библиотеку элементов схемотехнического уровня, a Y -множество элементов библиотеки функционально-логического уровня. При этом X = ¡Х| Х2, ... , xN}, a Y = {у|,у2, ..., yNi- Количество элементов при преобразовании получается одним и тем же - N. При этом сами библиотеки являются расширяемыми, величина N не является фиксированной.

Элемент из множества xjeX х,=(х|Ь х|2, ...Xjni} характеризуется параметрами транзисторов, резисторов, токов ионизации при радиационном воздействии и т д.

Каждый элемент из множества у,s Y >',={>',], у,2, .. .у|п,} представляет собой набор параметров функционально-логического уровня: параметры задержек переключения, параметры нагрузочной способности, уровни напряжения переключения и т д.

Таким образом, задача состоит в определении правила, по которому каждому элементу из множества X будет ставиться в соответствие вполне определенный элемент из множества Y. То есть, необходимо построить оператор:

F: X —>Y. (1)

На множествах X и Y зададим внутренний закон композиции. За Gx: Х*Х —> X (и соответственно за GY: YxY —> Y) обозначим схему, содержащую элементы X; и хг (><(>:,.Xjl также принадлежит X, такой элемент можно добавить в библиотеку в качестве СФ-блока.

Зададим также внешний закон композиции Пх: КхХ —»X (и Ну: K*Y —> Y), где К -множество натуральных чисел. За Н(к, х) = кх обозначим схему библиотеки, содержащую к элементов х из X.

Любой комбинаторный логический элемент можно получить, используя элементы И, ИЛИ, НЕ, а более сложные элементы библиотеки строятся на основе более простых. Для рассмотренных множеств X и Y можно определить базисы {еь е2, ... , ем} и {ft, f2, ... fMj соответственно, обладающие свойством линейной независимости: kie! + k2e2 + .... +kMeM = 0, (2)

(k,f, + k2f2 + .... +kMfM=0) только при к|=к2=...=км=0.

Множества X и Y являются конечномерными, так как для каждого из них определён конечный базис и состоят из одинакового числа элементов.

Искомый оператор Р: X —>У должен быть инъективным, то есть из Дх|) = Г(х2) следует, что Х| = х2.

Оператор Р: X —>У также должен быть сюръективным, то есть Р(Х) = Таким образом, отображение должно быть взаимно однозначным, так как X ~ У -эквивалентные множества.

Учитываю перечисленные свойства, для определения оператора Р достаточно определить его на элементах {еь е2,... , ем}:

ре-, = ( (3)

I <1,)<М

где оператор I определяется следующим образом:

[О, если кф] (если к = у '

В результате должна быть получена матрица искомого преобразования Б:

г \

а„

vh;.....(4)

"п ••

о2| -

(5)

Таким образом, задача преобразования сводится к определению параметров базового минимально необходимого набора элементов функционально-логического уровня через параметры схемотехнического уровня с учетом специального воздействия радиации.

На функционально-логическом уровне каждая модель логического элемента задаётся набором параметров (оператор, определяющий функционирование элемента, напряжение логического нуля и единицы, напряжения переключения, нагрузочная способность элемента, параметры потребления тока, задержки переключения из единицы в ноль н из нуля в единицу и др.). Для получения неисправных элементов эти параметры необходимо скорректировать в соответствие с изменением характеристик МОП транзисторов и образованием паразитных структур на схемотехническом уровне. С этой целью разработан метод модификации параметров библиотечных элементов на функционально-логическом уровне для учета факторов радиационного воздействия.

Оператор, определяющий функционирование элемента, можно представить в виде формулы:

Z - F(A), (6)

где А - вектор входных значений, Z — вектор выходных значений, a F определяет логическую функцию элемента (Z=!(A1&A2&A3), для элемента И-НЕ).

В случае радиационного воздействия функционирование элемента нарушается, для учета этого нарушения предложен оператор G вида:

Z = G(F(A),t). (7)

Его аргументами будет входной вектор А, а также t - время, на которое изменяется логическая функция элемента. Задача определения оператора G(F(A),t) решается при преобразовании схемотехнического базиса в функционально-логический базис при учете действия генераторов тока ионизации.

Логический элемент характеризуется задержками переключения своего состояния из единицы в ноль и из нуля в единицу (toi и t|0), определяющими его быстродействие. Для определения критерия неисправного по быстродействию элемента предложен пара-

метр максимальной допустимой задержки Тшах. В случае если 10|> Т„шх или 110>Тт;к элемент считается неисправным.

При воздействии радиации происходит сдвиг переключательной характеристики в результате изменения пороговых напряжений транзисторов, приводящих к изменению порогового напряжения переключения элемента, что следует учитывать на функционально-логическом уровне. Для определения критерия неисправного элемента вследствие изменения напряжения переключения предложен параметр \Утах - величина максимально допустимой помехи. В случае если

и пер < Поп — ^тах, тах»

где ипер - напряжение переключения, а 1Г0н и и0[_ - напряжение логической единицы и нуля, логический элемент считался неисправным.

Для получения конечной библиотеки неисправных элементов применялся процесс характеризации логических ячеек. Такой процесс является неотъемлемым этапом разработки библиотек стандартных ячеек функционально-логического уровня и является основным методом преобразования схемотехнического базиса в функционально-логический базис. Схема процесса характеризации приведена на рисунке 2.

Рисунок 2 - Схема процесса характеризации библиотеки

В результате характеризации формировались функционально-логические модели ячеек в стандартных форматах микроэлектронных САПР, содержащие высокоуровневое (1ШЬ) описание логических функций и множество параметров необходимых для использования библиотеки инструментами синтеза, логического моделирования и функционально-логической верификации при проектировании СБИС.

При выполнении характеризации на основе настроек и анализа входных описаний ячеек формируются исходные данные (входные воздействия) и задания для внешних программ моделирования, сформированные задания распределялись между процессорами локальной вычислительной сети. Результаты моделирования накапливались в базе данных, затем были сформированы выходные файлы моделей (.lib, .tlf, .v) и документации (.html, .pdf)-

Характеризацию ячеек необходимо выполнять для всех возможных путей <вход-выход> и всех возможных входных комбинаций. При этом происходит автоматическое формирование входных воздействий для комбинаторных и последовательных ячеек, а также автоматизированный выбор точек характеризации <входной фронт - выходная нагрузкам

В третьем разделе предложены алгоритмы синтеза структурных тестов и методы осуществления функционального тестирования с учетом воздействия радиации.

Для генерации структурных тестов был модифицирован следующим образом алгоритм Рота.

Первый этап - расчет параметров радиационного воздействия. Па первом этапе осуществляется ввод параметров радиации и МОП транзисторов для расчета токов ионизации элементов схемы.

Второй этап - активация неисправности. На этом этапе выбирается тестируемый элемент схемы, в модифицированном алгоритме для выбранного элемента рассчитывается ток ионизации. Затем определяется, влияет ли данный ионизационный ток на логическое состояние элемента. Для этого используются данные величины токов высокого и низкого логических уровней из технического описания рассматриваемого библиотечного элемента. В случае если действие токов ионизации является существенным, то подбираются входные значения элемента, приводящие к противоположному логическому состоянию.

Третий этап - активация пути. На этом этапе необходимо подать такие значения на входы элементов приемников, чтобы действие тока ионизации, выбранного на втором этапе логического элемента, было наблюдаемо на внешнем выходе или в контрольной точке.

В D-алгоритме для того, чтобы неисправность проявилась на выходе элемента И, на остальные входы необходимо подать единицу, на выходе элемента ИЛИ - ноль.

В отличие от классического D-алгоритма при продвижении неисправности радиационного воздействия необходимо на каждом шаге для выбранного логического элемента рассчитывать значение токов ионизации. А для продвижения неисправности подбирать входные значения так, чтобы сигнал ошибки поступал на выход очередного элемента. При этом логическое состояние определяется суммарным током стока в том числе и ионизационного.

Четвертый этап - доопределение. Задачей этого этапа является подбор внешних входных сигналов, обеспечивающих входные значения элементов активационного пути этапов 2-3. При этом также как на третьем этапе в модифицированном алгоритме следует учитывать действие тока ионизации.

Для снижения вычислительных затрат использовались различные модификации метода (FAN, PODEM), отличающиеся стратегией возврата и способом применения эвристических параметров. Для синтеза тестовых векторов в схемах с памятью использовалась методика граничного сканирования, при которой возможна запись во все регистры с помощью интерфейса JTAG.

Особенностью тестов, полученных с помощью этого алгоритма, является абстрагирование от выполняемых схемой функций, синтез тестов осуществляется на основе ло-

гической структуры блока. Такие тесты могут быть автоматически сгенерированы средствами автоматизации генерации тестовых шаблонов (ATPG Tool).

Для учета влияния деградации электрических параметров СБИС вследствие действия статического излучения применялись функциональные тесты. Для анализа функциональных тестов была использована техника параллельного моделирования. При этом совместно моделировалась схема на основе библиотеки неисправных элементов с учетом деградации параметров вследствие накопленной дозы и схема на основе базовой библиотеки элементов. Разница в результатах моделирования является определяющей для включения моделируемых тестовых векторов в окончательную тестовую последовательность. Такой подход к формированию тестов позволил определить наиболее критичные к воздействию статической радиации блоки и компоненты схемы.

В четвертом разделе описана оригинальная структура разработанных программных средств, особенности ее реализации и интеграции в САПР сквозного проектирования, методическое обеспечение и оценка эффективности работы созданной подсистемы верификации микросхем.

Для верификации микросхем специального назначения разработано проблемно-ориентированное программное обеспечение (ПО), позволяющее протестировать схему на стойкость к специальному воздействию импульсного и статического радиационного излучения при различных параметрах накопленной дозы, мощности дозы и климатических параметрах внешней среды. IIa рисунке 3 показана схема организации ПО подсистемы синтеза тестов в маршруте проектирования сложных цифровых радиационно-стойких микросхем.

Подсистема тестирования была реализована в рамках комплексной методологии, включающей в себя автоматизированную генерацию структурных тестов с учетом радиационного воздействия, генерацию случайных тестовых векторов, а также средства создания функциональных тестов.

Для учета влияния излучения разработан комплекс программ RADS. Этот комплекс состоит из нескольких модулей. Модуль RADImp служит для расчета влияния на библиотечные элементы импульсного радиационного воздействия. Он определяет параметры токов ионизации и паразитных структур. Модуль RADStat служит для расчета деградации параметров библиотечных элементов вследствие накопленной дозы статической радиации. Программное обеспечение RLibMod служит для формирования специальной библиотеки неисправных элементов.

Для создания структурных тестов с учетом радиационного воздействия средства комплекса RADS были включены в программу Cadence ATPG Tool Design for test in Encounter RTL Compiler. В результате чего тестовые векторы были получены с помощью модификации D-алгоритма Рота в программе Cadence, но с учетом влияния на логическое состояние элементов библиотеки токов ионизации и паразитных структур.

Для повышения эффективности программы генерации случайных векторов (GEN) был предложен метод использования шаблонов. Шаблоны случайных тестов позволяют повысить вероятность необходимого состояния подблока, в котором ожидается ошибка. Каждый шаблон теста покрывает некоторые функциональные возможности тестируемого устройства.

Программное обеспечение синтеза тестовых векторов на основе шаблонов GEN позволяет задавать установки и параметры тестов. Имеются возможности задания параметров наличия в тесте различных инструкций, регистров, типов данных, адресов памяти. условий и адресов передачи управления, адресов данных и других параметров, учитывающих особенности верифицируемых СБИС. Для получения шаблонов используют-

ся также разработанные функциональные тесты. Шаблоны сохраняются в базе данных. В качестве СУБД для подсистемы тестирования была выбрана СУБД Линтер.

Подсистема комплексного тестирования

Случайные тести

ПО генерации случайных тестов на основе

шаблонов (СЕЫ)

Структурные тесты

СУБД

БД шаблонов

Библиотека элементов с учетом радиационного воздействия

ПО Средства автоматизации генерации тестовых шаблонов

-Е

1

ПО для учета радиационного воздействия (RADS)

-ГШ-

формирования библиотеки ffil.iKMod)

Расчет влияния импульсного излучения (RADlmp)

Расчет влияния статического излучения (RADSlat)

Подсистема помощи < (Heip)

Интерфейс пользователя (Intf)

Рисунок 3 - Схема организации программного обеспечения для тестирования

Для оценки полноты математического и программного обеспечения в ФГУП НИИ Приборов были проведены испытания микросхем серии 1874 и 1867 на воздействие импульсного излучения и статического гамма воздействия. Испытания проводились при различных электрических параметрах и при различной интенсивности специального воздействия для соответствия требованиям комплекса стандартов «Климат-7»,

После прохождения испытаний осуществлялся функциональный контроль. Для сравнения результатов были использованы тесты, полученные автоматически средствами САПР

Cadence ATPG Tools без учета особенностей неисправностей специального воздействия и тесты, полученные с помощью разработанной подсистемы верификации с учетом специального воздействия. Результаты функционального тестирования приведены в таблице 1.

Таблица 1 - Результаты тестирования микросхем

Параметр Схема

Серия 1867 Серия 1874 НМ (СФ-блок)

Общее количество элементов 620 ООО 110 000 1955

Общее количество неисправностей 4 672 521 634 592 5726

Количество тестовых векторов в ATPG Cadence 15 865 5 785 138

Количество тестовых векторов в разработанной подсистеме 14 125 4 722 135

Полнота тестового покрытия (ATPG Cadence), % 84 85,2 88

Полнота тестового покрытия в разработанной подсистеме. % 89,1 88,3 89

Среднее время моделирования векторов, полученные в ATPG Cadence, час 44,46 10,2 0,3

Среднее время моделирования векторов, полученных в разработанной подсистеме, час 38,24 8,97 0,3

Полученные результаты подтвердили высокую эффективность предложенных методов, математических моделей и алгоритмов. Кроме того, разработанные средства верификации с использованием библиотеки неисправных элементов и особенностей методики создания функциональных тестов обладают лучшими диагностическими свойствами. Применение разработанного тестового обеспечения позволило определить наиболее критичные к воздействию радиации блоки и компоненты испытанных изделий, что было затруднительно с использованием тестов без учета радиационного воздействия, так как они ориентированы главным образом на выявление производственных дефектов.

Разработанные средства внедрены в ФГУП «НИИЭТ», ОАО «ВЗПП-С», в Воронежском институте высоких технологий в виде программно-аппаратного комплекса и рекомендованы к применению на предприятиях аналогичного профиля.

Предложенные средства позволили сократить время осуществления функционального контроля и увеличить процент выхода годных радиационно-стойких изделий. Экономический эффект от внедрения разработанных средств составляет несколько сотен тысяч рублей (акты внедрения ФГУП «НИИЭТ» и ОАО «ВЗПП-С»),

В заключении приведены основные результаты диссертационной работы.

Основные результаты работы:

1. Проведён анализ возможностей учета действия радиации в подсистеме синтеза тестов современных систем автоматизации проектирования СБИС.

2. Проведён анализ основных радиационных эффектов, произведена классификация неисправностей библиотечных элементов вследствие действия радиации.

3. Разработаны модели неисправных библиотечных элементов на схемотехническом уровне, при этом учтены эффекты как импульсного излучения, так и деградация электрических параметров вследствие накопленной дозы статического излучения.

4. Предложен метод модификации параметров библиотечных элементов на функционально-логическом уровне с учетом радиационного воздействия.

5. Предложен метод преобразования библиотеки неисправных в результате радиационного воздействия элементов схемотехнического уровня в библиотеку неисправных элементов функционально-логического уровня. Реализовано программное обеспечение для приближенного вычисления параметров библиотечных элементов.

6. Разработан алгоритм синтеза тестов с учетом радиационного воздействия импульсного излучения на схемотехническом уровне. Предложена методика осуществления функционального тестирования микросхем с учетом специального воздействия.

7. Разработаны программные средства подсистемы комплексного тестирования сложных цифровых микросхем с учетом радиационного воздействия.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ ДИССЕРТАЦИИ ОПУБЛИКОВАНЫ В СЛЕДУЮЩИХ РАБОТАХ

Публикации в изданиях, рекомендованных ВАК

1. Конарев, М.В. Методы формирования библиотеки логических элементов для моделирования радиационного воздействия [Текст] / М.В. Конарев // Системы управления и информационные технологии. -2009. -№ 2.2(36). - С. 260-263.

2. Конарев, М.В. Алгоритмическая основа генерации тестов с учетом радиационного воздействия [Текст] / М.В. Конарев // Программные продукты и системы. - 2009. - № 4. -С.155-157.

3. Конарев, М.В. Методология модификации параметров логических элементов на функционально-логическом уровне для учета радиационного воздействия в САПР [Текст] / М.В. Конарев//Инженерная физика,-2009.-№ 10.-С. 33-35.

4. Конарев, М.В. Повышение эффективности работы предприятий электронной промышленности на основе разработки специальных средств проектирования и создание микросхем современного мирового уровня по стойкости к радиации [Текст] / А.И. Яньков, А.П. Затворницкий, М.В. Конарев // Информационные системы и модели в научных исследованиях, промышленности и экологии: доклады IV Всероссийской науч.- техн. конф. / Тула. Изд-во ТулГУ. - 2008. - С. 122-124.

Статьи и материалы конференций

5. Конарев, М.В. Методы генерации тестов для микросхем. [Текст] / В.К. Зольников, М.В. Конарев // Системные проблемы надёжности, качества, информационно-телекоммуникационных и электронных технологий в управлении инновационными проектами (ИННОВАТИКА-2009). : материалы международной конференции и Российской научной школы. Часть 1. - М.: Энергоатомиздат. - 2009. - С. 34-35.

6. Конарев, М.В. Методы генерации тестов [Текст] / М.В. Конарев, В.В. Васильев // Моделирование систем и информационные технологии. : межвузовский сборник научных трудов. / Воронеж. - Издательство «Научная книга». 2008. - Вып. 5. - С. 173-176.

7. Конарев, М.В. Учет радиационного воздействия при верификации объектов проектирования на разных этапах маршрута проектирования [Текст] / М.В. Конарев // Моделирование систем и процессов. - Воронеж: Издательство типографии Воронежского государственного университета. — 2009. - № 1,2. - С. 36-42.

8. Копарев, М.В. Методы формирования библиотеки логических элементов для моделирования радиационного воздействия [Текст] / М.В. Конарев // Информационные технологии моделирования и управления. - 2009. — № 4(56). - С. 596-600.

9. Конарев, М.В. О методах моделирования неисправностей радиационного воздействия [Текст] // М.В. Конарев // Информационные технологии моделирования и управления. -2009. - № 5(57). - С. 663-669.

10. Конарев, М.В. Методы генерации тестов [Текст] / М.В. Конарев, С.С.Васильев // Математические методы в технике и технологиях. : труды международной конференции / Воронеж. - Воронежская государственная технологическая академия. - 2008. - Т.4. -C.112-I14.

11. Конарев. М.В. Создание тестового обеспечения интегральных схем с учетом воздействия радиации [Текст] / М.В. Конарев // Системные проблемы надёжности, качества, информационно-телекоммуникационных и электронных технологий в управлении инновационными проектами (ИННОВАТИКА-2009). : материалы международной конференции и Российской научной школы. Часть 3.- М.: Эиергоатомиздат. 2009. -С. 28.

12. Конарев, М.В. Проблемы создания тестового обеспечения интегральных схем с учетом радиационного воздействия [Текст] / М.В. Конарев // Радиационная стойкость электронных систем.: научно-технический сборник. -М.'. МИФИ. 2009. - С. 163-164.

13. Копарев, М.В. Моделирование радиационного воздействия на микросхемы [Текст] / М.В. Конарев, С.А. Цыбин // Моделирование систем и процессов. - 2008. - № 3,4 — С. 4653.

14. Конарев, М.В. К вопросу о приближенном решении краевых задач на геометрических графах. [Текст] / М.В. Конарев // Информационные технологии моделирования и управления. - 2007 - № 5(39). - С. 537-542.

15. Конарев, М.В. Решение краевых задач на геометрических графах [Текст] / М.В. Копарев // Моделирование систем и процессов. - 2007. - № 4 - С. 14-19.

16. K-onarev, M.V. New radiation effects in a double purpose microelectronics and methods of its modeling. [Текст] / M.V. Konarev, N.I. Bazarskaya // Лес. Наука. Молодежь. - 2009. -Том I. -С. 218-220.

Просим Ваши отзывы на автореферат в двух экземплярах с подписями, заверенными гербовой печатью, направлять по адресу: 394613, г. Воронеж, ул. Тимирязева, 8, ГОУ ВПО «ВГЛТА», ученому секретарю. Тел / Факс (4732)-53-67-05.

Конарев Михаил Викторович

Разработка средств верификации сложных цифровых микросхем с учетом радиационного воздействия в САПР

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Подписано в печать 10. 03. 2010 г. Формат 60х84'/16. Бу мага офсетная. Гарнитура «Тайме». Усл. печ. л. 1,0. Тираж 100 экз. Заказ №215. Отпечатано с готового оригинал-макета в Центре полиграфических услуг (типографии) ФГОУ ВПО Воронежский ГЛУ 394087, г. Воронеж, ул. Мичурина, 1.

Введение.

Глава 1. Задачи верификации и генерации тестов сложных цифровых систем.

1.1 Виды радиационного воздействия, влияющие на различные параметры СБИС.

1.2 Возможности САПР по учету эффектов радиации.

1.3 Проблемы верификации и генерации тестов сложных цифровых схем с учетом радиационного воздействия.

Глава 2 Разработка научных основ построения средств верификации сложных цифровых систем и библиотеки элементов с учетом радиации.

2.1 Анализ основных неисправностей сложных цифровых систем при радиационном воздействии.

2.2 Методы создания неисправных вследствие радиационного воздействия библиотечных элементов на схемотехническом уровне.

2.3 Методы создания неисправных вследствие радиационного воздействия библиотечных элементов на функционально-логическом уровне.

2.4 Методы преобразования библиотеки элементов схемотехнического уровня в библиотеку элементов функционально-логического уровня с учетом радиационного воздействия.

Глава 3 Алгоритмы моделирования неисправностей, формирования библиотек и генерации тестов сложных цифровых систем с учетом радиации.

3.1 Алгоритм преобразования схемотехнического базиса в функционально-логический базис и формирование библиотеки.

3.2 Алгоритмическая основа генерация тестов с учетом радиационного воздействия на схемотехническом уровне.

3.3 Алгоритмическая основа составления тестов с учетом радиационного воздействия на функционально-логическом уровне.

3.4 Алгоритмы моделирования неисправностей радиационного воздействия на схемотехническом и функционально-логическом уровнях проектирования.

Глава 4 Программное обеспечение для генерации тестов и верификации сложных цифровых схем с учетом радиации.

4.1 Структура и особенности реализации программных средств синтеза тестов и верификации сложных цифровых схем.

4.2 Программное обеспечение создания библиотеки неисправных элементов.

4.3 Методические принципы внедрения разработанных программных средств.

Актуальность темы. В современных условиях для проектирования интегральных схем (ИС) необходимо учитывать новые тенденции в проектировании изделий электронной компонентной базы. Это постоянное снижение проектных норм и увеличение степени интеграции при росте функциональных возможностей, внедрение новых методов проектирования с использованием сложно-функциональных (СФ) блоков, что привело к появлению нового специализированного класса ИС "система на кристалле" (СнК).

Рассматривая микроэлектронику военного и двойного назначения, следует отметить существенные изменения методов проектирования, моделирования и тестирования, связанных с влиянием дестабилизирующих факторов и, прежде всего, радиационного воздействия. Данные изменения вызваны тем, что при переходе на новые глубоко субмикронные проектные нормы стали проявляться и оказывать существенное влияние на работу микросхемы физические явления, которые ранее не проявлялись или не оказывали влияние на работу ИС. Кроме того, уточнение реальной радиационной обстановки и изменение условий эксплуатации привело к необходимости учета новых видов излучения (прежде всего космического пространства) и существенной корректировке «традиционных» видов излучения, что отразилось в новом комплексе государственных стандартов (КГС) «Климат-7» и развивающих его последующих руководящих документов.

Стоит отметить ещё одно важное обстоятельство при проектировании радиационно-стойких сверхбольших интегральных схем (СБИС) - это стоимость разработок. В настоящее время жесткая конкуренция при создании микросхем фактически не оставляет времени на исправление ошибок, которые возникают в процессе проектирования и выявляются при тестировании готового изделия. При создании радиационно-стойких изделий стоимость ошибки только увеличивается, как так разработка таких изделий продолжается более длительное время, требует значительно больших затрат по сравнению с классом нестойких к радиации гражданских изделий и выявляется значительно позднее на стадии приемосдаточных испытаний на воздействие специальных факторов. Поэтому в новых условиях важнейшей задачей является предельное сокращение сроков и стоимости разработки при обеспечении безошибочной проектной информации, что достигается внедрением достоверных моделей поведения 1 элементов и методов I тестирования на ранних стадиях проектирования с учетом радиации.

Одной из основных причин длительного времени разработки является сложность синтеза тестовой последовательности и верификации готовых I изделий. Существующие алгоритмы синтеза тестовой последовательности ориентированы на выявление одиночных константных неисправностей. Их эффективность заметно падает с увеличением числа вентилей. При этом они г совершенно не учитывают особенностей неисправностей, вызванных воздействием радиации на ИС, а также особенности тестирования на радиационную стойкость изделий с отсутствующими производственными дефектами.

Поэтому одной из главных задач создания радиационно-стойкой электронной компонентной базы является разработка подсистемы верификации и генерации тестов, которая бы использовала усовершенствованные алгоритмы, ориентированные' на выявление неисправностей, вызванных воздействием радиации. Такая подсистема должна стать компонентом САПР изделий вычислительной техники специального назначения и сократить время верификации за счет введения новых алгоритмов.

Таким образом, выдвинуты актуальные задачи по созданию подсистемы САПР для разработки радиационно-стойких микросхем, которые потребовали своего решения.

Наиболее перспективной технологией создания радиационно-стойких ИС является КМОП технология, так как она обладает высокой функциональной насыщенностью, низкой потребляемой мощностью, малыми затратами на изготовление и значительной наработкой методов повышения радиационной стойкости. Поэтому в данной работе основное внимание уделено изделиям, выполненным на основе КМОП технологии.

Диссертация выполнена по программам важнейших работ Министерства образования и науки по планам НИР и ОКР ФГУП «НИИЭТ»: «Гармонизация», «Тибр», «Множество-ТСВ» и др., а также в соответствии с межвузовской научно-технической программой И.Т.601 «Перспективные информационные технологии в высшей школе» и научному направлению ГОУ ВПО «Воронежская государственная лесотехническая академия» (ВГЛТА) «Разработка средств автоматизации управления и проектирования (в промышленности)». I I

Цель работы состоит в разработке научных основ построения средств верификации и генерации тестов сложных цифровых КМОП систем с учетом радиации, на основе комплекса математических моделей, алгоритмов, и программных средств моделирования поведения неисправных элементов и методов генерации тестов с учетом радиационного воздействия.

Для достижения цели необходимо решить следующие задачи:

1. Провести анализ современного состояния средств синтеза тестов в системах автоматизации проектирования и возможностей учёта в них радиационного воздействия.

2. Проанализировать основные типы неисправностей, возникающих при радиационном воздействии на СБИС, и сформулировать основные проблемы, возникающие при верификации таких СБИС.

3. Разработать математические модели неисправных после радиационного воздействия КМОП элементов на схемотехническом и функционально-логическом уровнях.

4. Разработать и сформировать библиотеку неисправных элементов вследствие радиационного воздействия. 1

5. Разработать алгоритмическую основу генерации структурных, функциональных и случайных тестов, учитывающих особенности импульсного и статического радиационного воздействия на СБИС.

6. Разработать программное обеспечение подсистемы верификации и синтеза тестовой последовательности и внедрить его в единую среду сквозного проектирования дизайн центра.

Методика исследования. Для решения поставленных задач 1 использованы: теория автоматизации проектирования, теория вероятности; численные методы вычислительной математики. А также методы модульного, структурного и объектно-ориентированного программирования; имитационное, структурное и параметрическое моделирование, методы системного анализа и вычислительные эксперименты.

Научная новизна. В результате проведенного исследования получены следующие результаты, характеризующиеся научной новизной: I

- развиты принципы построения моделей библиотечных элементов на схемотехническом уровне с учётом эффектов импульсного и статического радиационного воздействия, позволяющие учесть критерии неисправностей воздействия радиации в схемах высокой степени интеграции;

- разработан метод модификации параметров библиотечных элементов на функционально-логическом уровне, отличающийся возможностью получения неисправных элементов вследствие специального воздействия, позволяющий учесть факторы статического и импульсного излучений в соответствие с требованиями нового комплекса государственных стандартов «Климат-7»;

- предложен метод преобразования схемотехнического базиса в функционально-логический базис, в отличие от известных ранее, метод позволяет получить библиотеку элементов, содержащую для каждого типа элементов несколько неисправных, учитывающих радиационное воздействие при различных параметра мощности дозы и накопленной дозы в соответствие с КГС «Климат-7»;

- разработана алгоритмическая основа метода синтеза структурных тестов, расширяющая Б-алгоритм Рота, в отличие от классического алгоритма разработанный алгоритм позволяет учесть воздействие на логическое состояние элемента токов ионизации, вызванных импульсным излучением;

Основные положения, выносимые на защиту:

- модели неисправных библиотечных элементов на схемотехническом и функционально-логическом уровнях;

- алгоритмы синтеза структурных и случайных тестов с учетом влияния радиационного воздействия на схему; методика осуществления функционального тестирования радиационно-стойких сложных цифровых микросхем;

- программное обеспечение подсистемы комплексного тестирования радиационно-стойких сложных цифровых микросхем.

Практическая значимость и результаты внедрения. На основе предложенных методов, математических моделей и алгоритмов разработано программное обеспечение, которое внедрено в ФГУП «НИИ Электронной техники» (г. Воронеж), ОАО «Воронежский завод полупроводниковых приборов - Сборка» (г. Воронеж). Полученные результаты внедрены в Воронежском институте высоких технологий на кафедре информационных систем и технологий в виде программно-аппаратных комплексов, которые эффективно используются для проведения лабораторных работ, курсового и дипломного проектирования, подготовки аспирантов и переподготовке преподавателей и специалистов. Анализ результатов внедрения показал высокую эффективность разработанных средств.

Разработанный комплекс методов, моделей, алгоритмов и программное обеспечение позволяют существенным образом улучшить эффективность подсистемы верификации САПР радиационно-стойких КМОП СБИС. Основной практический вывод диссертационной работы заключается в создании средств синтеза тестов с учетом статического и импульсного радиационного воздействия для верификации сложных цифровых микросхем. 1 Универсальность разработанных средств позволяет их использовать на других предприятиях аналогичного профиля.

На основе предложенных методов и моделей создана библиотека неисправных элементов, подвергшихся влиянию импульсного и статического радиационного воздействия, на основе которой разработано программное обеспечения для синтеза случайных и функциональных тестов.

Полученные средства позволяют определить наиболее критичные к радиационному воздействию блоки и компоненты микросхем и сократить время осуществления функционального контроля, что приводит к существенному экономическому эффекту.

Апробация работы. Научные результаты и положения диссертационной работы обсуждались на научно-технических конференциях и совещаниях • по выполнению НИР и ОКР на ведущих предприятиях электронной промышленности. ,

Основные результаты диссертационной работы докладывались на конференциях: «Информационные системы и модели в научных исследованиях,, промышленности и экологии» (г. Тула, 2008 г.);

Математические методы в технике и технологиях» (г. Саратов, 2008 г.);

Системные проблемы надёжности, качества, информационно-телекоммуникационных и электронных технологий в управлении инновационными проектами» (ИННОВАТИКА-2009); «Радиационная стойкость электронных систем — Стойкость 2009» (г. Москва, 2009 г.).

Публикации результатов работы. По теме диссертации опубликовано 16 печатных работ, включая 4 работы, опубликованные в журналах определённых ВАК.

Десять работ написаны без соавторов. В работах, выполненных в соавторстве, автору принадлежит более 50% процентов материала по основным научно-техническим решениям и эффективности их реализации.

Структура и объём работы. Диссертация состоит из введения, четырех разделов, заключения списка литературы и приложений. Материалы диссертации изложены на 165 страницах, включая 132 страницы машинописного текста, 34 рисунка, 8 таблиц, список литературы из 103 наименований и 2 приложения.

Основные результаты работы:

1. Проведён анализ возможностей учета действия радиации в подсистеме синтеза тестов современных средств автоматизации проектирования СБИС.

2. Проведён анализ основных радиационных эффектов, произведена классификация неисправностей библиотечных элементов вследствие действия радиации.

3. Разработаны модели неисправных библиотечных элементов на схемотехническом уровне, при этом учтены эффекты как импульсного излучения, так и деградация электрических параметров вследствие накопленной дозы статического излучения.

4. Предложен метод модификации параметров библиотечных элементов I на функционально-логическом уровне с учетом радиационного воздействия.

5. Предложен метод преобразования библиотеки неисправных в результате радиационного воздействия элементов схемотехнического уровня в библиотеку неисправных элементов функционально-логического уровня. Реализовано программное обеспечение для приближенного вычисления параметров библиотечных элементов.

6. Разработан алгоритм синтеза тестов с учетом радиационного воздействия импульсного излучения на схемотехническом уровне. Предложена методика осуществления функционального тестирования микросхем с учетом специального воздействия.

7. Разработаны программные средства подсистемы комплексного тестирования сложных цифровых микросхем с учетом радиационного воздействия. 1

1. Самарский, A.A. Методы решения сеточных уравнений Текст.: Учеб. пособие для вузов / А.А.Самарский, Е.С.Николаев. - М.: Наука, 1978. - 591 с.

2. Абовский, Н.П. Численные методы в теории упругости и теории оболочек Текст. / Н.П.Абовский, Н.П.Андреев, А.П.Деруга и др.- Красноярск: Изд-во краен, ун-та, 1986. 384 с.

3. Никифоров, А.Ю. Радиационные эффекты в КМОП ИС Текст. /

4. A.Ю.Никифоров, В.А.Телец, А.И. Чумаков А.И. М.: Радио и связь, 1994.

5. ГОСТ 25645.106-84. Пояса Земли радиационные естественные. Термины и определения. Госкомитет СССР по стандартам, 1984.

6. ГОСТ 25645.150-90. Лучи космические галактические. Модель изменения потоков частиц. Госкомитет СССР по стандартам, 1991.

7. Агаханян, Т.М. Радиационные эффекты в интегральных микросхемах Текст. / Под ред. Т.М.Агаханяна. М.:Энергоатомиздат, 1989. - 256 с.

8. Ачкасов, В.Н. Проектирование микроэлектронных компонентов космического назначения: монография Текст. / В.Н. Ачкасов.- Воронеж : Воронежский государственный университет. 2005.- 301с.

9. Ачкасов, В.Н. Алгоритм моделирования работы ИС в условиях воздействия внешних факторов в подсистеме САПР изделий электронной техники Текст. /

10. B.Н. Ачкасов // Вопросы атомной науки и техники. Сер. Физика радиационного воздействия на радиоэлектронную аппаратуру. 2004. - Вып. 1-2. — С.61-65.

11. Ачкасов, В.Н. Алгоритм моделирования работы ИС в условиях воздействия внешних факторов в подсистеме САПР ИЭТ Текст. / В.Н.Ачкасов // Радиационная стойкость электронных систем: Науч.-техн. сб. Вып.5. М.: СПЭЛС-НИИП, 2002. -С. 109-110.

12. Ю.Хоуорд, Д.К. Диалоговое логическое моделирование сложных СБИС с помощью специализированного компьютера Текст. / Д.К. Хоуорд, Р.НМалм, Л.М. Уоррен // Электроника. -1983. № 25. С. 43-46.

13. Ачкасов, В.Н. Физические процессы радиационного воздействия в транзисторе Текст. / В.Н. Ачкасов, Ю.В.Гуляев // Моделирование систем и процессов — Воронеж: Издательство воронежский госуниверситет 2006. Вып.1. -С. 2-6.

14. Коршунов, Ф.П. Радиационные эффекты в полупроводниковых приборах. Текст. / Ф.П. Коршунов, Г.В. Гатальский, Г.М. Иванов: Минск. Наука и техника, 1978. - 232 с.

15. Машевич, П.Р. Инструментальные средства автоматизации проектирования ;1.>изделий микроэлектроники дизайн-центра Текст. / П.Р.Машевич, В.К.Зольников, К.И. Таперо — Воронеж: Воронежский государственный университет. 2006. 276 с.

16. Н.Васин, C.B. Физико-химические процессы в МОП-структурах, облученных альфа- и бета-частицами. Текст. / Диссертация на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук. 1999.

17. Хорюшин, Д.Г. Моделирование эффекта разогрева, возникающего в элементной базе при воздействии радиации Текст. / Д.Г.Хорюшин, А.В.Ачкасов // Информационные технологии моделирования и управления. -2006. -№ 1(26).-С. 110-112.

18. Антимиров, В.М. Создание промышленной инфраструктуры разработки, производства и испытания вычислительных комплексов для систем управления двойного назначения Текст. / В.М. Антимиров, П.Р.

19. Машевич, В.Н. Ачкасов // Авиакосмическое приборостроение. 2005. — №8.-С. 9-11.

20. Немудров, В. Системы-на-кристалле. Проектирование и развитие Текст. / В. Немудров, Г.Мартин — Москва: Техносфера. 2004. — 216 с.

21. Новые DSP новый рывок в производительности. Chip News, N10, 2000г. Текст. // Chip News - 2000. - № 10. - С.21-25.

22. Ачкасов, В.Н. Методика проектирования радиационно-стойких ИС Текст. / В.Н.Ачкасов, В.К.Зольников // Радиационная стойкость электронных систем: Науч.-техн. сб. М.: СПЭЛС-НИИП - 2003. - С.38-39.

23. Ачкасов, В А. Исследование и разработка методов и алгоритмов автоматизированной генерации тестов проверки ТЭЗ'зов Текст. / A.B. Ачкасов: отчет по НИР «Турнир» // ФГУП «НИИЭТ». У11759,- Воронеж, 2007.

24. Исследование и разработка алгоритмов и экспериментальных программ для специализированного процессора моделирования Текст. / Научно -технический отчет по НИР ТРОПИК // ФГУП «НИИЭТ» 2007г. - У42917.

25. Киносита, К. Логическое проектирование СБИС Текст. / К.Киносита, К.Асада, О.Карасу М; Мир. - 2003. - 309 с.

26. Киркленд, Т. Программные средства тестируемости и автоматическая генерация тестов для СБИС Текст. / Т. Киркленд, И.В.Флорес // Электроника 1996. -№5 С. 34-38.

27. Кондратьев, В.В. Автоматизация контроля цифровых функциональных модулей Текст. / В.В.Кондратьев Б.Н.Махалин М.; Радио и связь. 1990. -156 с.

28. Ачкасов, В.Н. Особенности графической подсистемы АРМ проектировщика КМОП БИС Текст. / В.Н.Ачкасов, В.П.Крюков, В.Е. Межов // Оптимизацияи моделирование в автоматизированных системах: Межвуз. сб. науч. тр.

29. Воронеж: ВГТУ, 2002. С.50-54.

30. Величко, C.B. Методика формирования единой информационной среды распределенной обработки данных в системе управления Текст. / C.B. Величко // Известия ВУЗов. Северо-Кавказский регион. Технические науки.- 2004.- №3- С. 61-64.

31. Антимиров, В.М. Развитие управляющих вычислительных комплексов двойного назначения Текст. / В.М. Антимиров В.Н.Ачкасов, П.Р.Машевич, Ю.К.Фортинский// Приводная техника. 2005. — №3(55). -С. 56-61.

32. Норенков, И.П. Введение в автоматизированное проектирование технических устройств и систем Текст. / И.П. Норенков М.: Высшая школа.- 1986. - 456 с.

33. ГОСТ 18298-79. Термины и определения.39.ГОСТ Р ИСО 9000 2001.

34. Aitcen, Robert С. Modeling the unmolable: Algorithmic fault diagnostic Текст. / Robert C. Aitcen // IEEE Des. Fnd Test Comput, -997 № 3 - C. 98103.I

35. Ачкасов, В.Н. Алгоритм определения стойкости микроэлектронных компонентов к специальным факторам в САПР ИЭТ Текст. / В.Н.Ачкасов // Системы автоматизации проектирования. 2006. - Вып.2. - № 3. — С. 9698.

36. Андрюхин, А.И Оптимизация времени построения тестов. Текст. // Электронное моделирование 1996 - № 5 - С. 71-72.

37. Бьюлоу, Ф. Верификация проектов: каков объем моделирования можно считать достаточным. Текст. / Ф. Бьюлоу // Электроника. 12 13. - 1990. -С. 38-44.

38. Коробков, А.И. Методы и средства повышения тестируемости цифровых БИС. Текст. / А.И.Коробков, М.Ю.Павлов, И.И.Шагурин // Изв. Вузов. Электроника. 1997- №3-4 - С. 85-92.

39. Люлькин, А.Е. Структурный метод построения тестовых последовательностей для K-МОП интегральных схем Текст. /А.Е. Люлькин // Микроэлектроника 1995- 24.,№ 2 - С.150-155

40. Микитюк, А.Р. Новый алгоритм тестирования ОЗУ. Текст. / А.Р. Микитюк // Современные проблемы радиотехники, электроники и связи: Науч. тех. конф. Минск 4-5 мая 1995 г. Минск. 1995 - С. 318-319.

41. Романенко, Ю.А Организация функционального диагностирования сложных объектов на базе динамических тестов. Текст. / Ю.А. Ромащенко // Информационные технологии в проектировании и производстве 1996. - № 3 - С. 53-59.

42. Scott, A VHDL/Verilog sinthesis adds boudary SCAN Текст. /A.Scott // Electron/ENG (GR.Brit) 1994-66-№813 С 5-12.

43. Williams, T.W. Testind logic network and designing fori testability Текст. / T.W.Williams , K.S.Parker // IEEE Trans, Computer. 1979. - № 10. - C. 9-10.

44. Потапов, И.П. Автоматизация проектирования комплементарныхмикросхем с учетом одиночных событий Текст.: монография /

45. И.П.Потапов, В.М.Антимиров, К.И.Таперо Воронеж: Воронеж, гос. ун-т.-2007.- 165 с.

46. Потапов, И.П. Моделирование радиационных эффектов в структуре Si/Si02 Текст. / И.П.Потапов, // Моделирование систем и процессов -Воронеж: Издательство воронежский госуниверситет 2006. Вып. 1. - С. 49-53.

47. Норенков, И.П. Основы автоматизированного проектирования Текст.: учеб. для вузов. / И.П.Норенков М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2000.-360 с.

48. Фаронов, B.B. DELPHI программирование на языке высокого уровня Текст. / В.В.Фаронов : Спб.:Питер 2007.- 640 с.

49. Мырова, 'JI. О. Анализ стойкости систем связи к воздействию излучения Текст. / JI.O. Мырова, В.Д. Попов, В.И. Верхотуров., М.: "Радио и связь".- 1993.-268 с.

50. Паршенков, B.C. Поверхностные радиационные эффекты в элементах интегральных микросхем. Текст. / B.C. Паршенков, В.Д. Попов, A.B. Шальнов — М.: Энергоатомиздатю. г 1988. 256 с.

51. Cadence Circuit Components and Device Models Manual Product Version 6.0 May 2005 Текст./ Cadence Design Systems, Inc., 555 River Oaks Parkway, San Jose, CA 95134, USA

52. Фортинский, Ю.К. Разработка и применение информационных технологий в электронной промышленности Текст.: монография / И .Я. Львович, Ю.К. Фортинский, В.К. Зольников Воронеж: Воронеж, гос. унт, 2009.- 282 с.

53. Шилов, Г. Е. Математический анализ. Спецкурс Текст. / Г. Е. Шилов. -М.: Наука, 1965. 628 с.

54. Ачкасов, A.B. Моделирование радиационных эффектов в КМОП приборах в САПР. Текст. / А.В.Ачкасов, А.И.Яньков // Приводная техника. 2006. - № 6(64). - С. 24-26.

55. Allan, A. 2001 Technology Roadmap for Semiconductors Текст. / D. Edenfeld, A. Kahng, M. : Rodgers: USA. 2002. - 120 с

56. Edenfeld, D. Technology Roadmap for Semiconductors 2003 Текст. / D.Edenfeld, A.Kahng, M.Rodgers, Y.Zorian: USA. 2004. - 223 c.

57. Hamdioui, S. The State-of-art and Future Trends in Testing Embedded Memories Records of the 2004 ¡International Workshop on Memory Technology Текст. / S. Hamdioui // Design and Testing (MTDT) 2004. - №4. — C. 34-35.

58. Adams, R. High Performance Memory Testing: Design Principles, Fault Modeling and Self-Test Текст. / R.Adams : Kluwer Academic Publishers. -2003.-132 c.

59. Hamdiou, S. An Experimental Analysis of Spot Defects in SRAMs: Realistic Fault Models and Tests Текст. / S.Hamdioui, A.Goor // In Proc. of Ninth

60. Asian Test Symposium, № 5. 2000. - C. 131-138.i

61. SandeepGupta, N. Testing of Digital Systems Текст. / N. SandeepGupta : Cambridge University Press. 2003. - 324 c.

62. Ferris-Prabhu, A. Role of Defect Size Distribution in Yield Modeling Текст. / A. Ferris-Prabhu // IEEE Transaction on Electron Devices, vol. ED-32, №9-C. 32-35.

63. Hess, C. Harp Test Structure to Electrically Determine Size Distributions of Killer Defects Текст. / C.Hess, ' L.Weiland // IEEE Transactions on Semiconductor Manufacturing. vol. 11. - № 2. - C. 45-48.

64. Hamdioui, S. Efficient Tests for Realistic Faults in Dual-Port SRAMs Текст. /

65. Hamdioui, A.Goor // IEEE Transactions on Computers, vol. 51. № 5. - C. 13-14.

66. Hamdioui, S. Evaluation for Intra-Word Faults in Word-Oriented RAMs Тест. / S. Hamdioui, J.Reyes, Z.Alars : Proceedings of the 13th Asian Test Symposium 2004. C. 34-45.

67. Hamdioui, S. Testing Static and Dynamic Faults in Random Access Memories Тест. / S. Hamdioui, Z.Alars, Ad.Goor : Proceedings of the 20-th IEEE VLSI Test Symposium. 2002. - C. 54-56.

68. Hamdioui, S. Importance of Dynamic Faults for New SRAM Technologies Текст. / S .Hamdioui, R.Wadsworth, J.Reyes^ A.Goor // Proceedings of the Eighth IEEE European Test Workshop (ETW'03). 2003. - C. 45-49.

69. Nag, P. Modeling the Economics of Testing: A DFT Perspective Текст. / P.Nag, A.Gattiker, S.Wei, R. Blanton, W.Maly // IEEE Design and Test of Computers. №2. - 2002. - C. 24-29.

70. Конарев, M.B. Методы формирования библиотеки логических элементов для моделирования радиационного воздействия Текст. / М.В. Конарев // Системы управления и информационные технологии. 2009. - № 2.2(36). -С. 260-263.

71. Конарев, М.В. Алгоритмическая основа генерации тестов с учетом радиационного воздействия Текст. / М.В. Конарев // Программные продукты и системы. 2009. - № 4. - С. 155-157.

72. Конарев, М.В. Методология модификации параметров логических элементов на функционально-логическом уровне для учета радиационного воздействия в САПР Текст. / М.В. Конарев // Инженерная физика. 2009. -№ 10.-С. 33-35.

73. Конарев, М.В. Методы формирования библиотеки логических элементов для моделирования радиационного воздействия Текст. / М.В. Конарев // Информационные технологии моделирования и управления. 2009. - № 4(56). - С. 596-600.

74. Конарев, М.В. О методах моделирования неисправностей радиационного воздействия Текст. // М.В. Конарев // Информационные технологии моделирования и управления. 2009. - № 5(57). - С.663-669.

75. Конарев, М.В. Моделирование радиационного воздействия на микросхемы Текст. / М.В. Конарев, С.А. Цыбин // Моделирование системи процессов 2008. № 3,4 - С. 46-53.i

76. Конарев, М.В. К вопросу о приближенном решении краевых задач на геометрических графах. Текст. / М.В. Конарев // Информационные технологии моделирования и управления. 2007. - № 5(39). - С. 537-542.

77. Конарев, М.В. Решение краевых задач на геометрических графах Текст. / М.В. Конарев // Моделирование систем и процессов. 2007. - № 4 - С.14-19.

78. Konarev, M.V. New radiation effects in a double purpose microelectronics and methods of its modeling. Текст. / M.V. Konarev, N.I. Bazarskaya // Jlec. Наука. Молодежь. 2009. - Том 1. - С. 218-220.

79. Hagdy, A. Cost driven ranking of mamory elements for par-tial intrusion Текст. / A.Hagdy, K.Rohin // IEEE Desm and Test Comput -1997. - № 3 - C. 45-50.

80. Robert, A. Modeling the unmolable: Algorithmic fault diagnostic Текст. / A.Robert // IEEE Des. Fnd Test Comput 1997. № 3 - C. 98-103.

81. Agrawal, V. Statisticall Fault Analisis Текст. / V.D. Agrawal, S.K.Jain // IEEE. Design Test, Feb. 1985.- C. 38-44.

82. Agrawal, V. Proc. Des. Autom. Conf,. 18th, Nfshville Текст. / V.D.Agrawal, S.C. Seth, P. Agrawal : Tennesse. 1981. - C. 196-203.

83. Armstrong, D. A deductive method for simulaton fault in logic circuits. Текст. / D. Armstrong // IEEE Trans. 1972. № 5. - C. 464-471.

84. Chapell, S. A compaarison of parallel and deductive simulation techniques Текст. / S.K.Chapell, H.Y.Chang, C.H.Elmendort, L.D.Schmidt // IEEE Trans. 1974. -№ 11. -C. 1132-1139.

85. Рао, С. A direcded seach test generation system per sequotial cicuits Текст. / С. Pau // Proc. Nat. Sci. Counc. Repabl. China. J Phys/ Sci and Eng. 1992. -№ 1 - C. 55-62.

86. Goel. P. PODEM-X: An Automatic Test Generation SYSTEM for VLSI Logic Structures. Текст. / P.Goel, B.C.Rosales : 18th Design Automation Conference. 1981. - C. 260-268.

87. Goel, P. An implicit enumeration algorithm to generate test for combinational logic circuits Текст. / P. Goel // IEEE Trans. Comput.- 1981. -C. 30-35.

88. Goldstein, L. Controllability and observability analisys of digital circuits Текст. / L. Goldstein // IEEE Trans, on circuits and syst., v.cas-26 № 9. -C. 685-693.

89. Yoshivo, F. Система проектирования БИС с контролируемой тестируемостью. Текст. / F.Yoshivo, T.Masaaki // NTTR. J.- 1995. -№11-С. 129-134.

90. Hurrcey, В. PTesting IC's: Getting the cove the problems Текст. / В. Hurrcey // Computer 1996. - № 11. - C. 32-33.1.'