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关键词： SiC   CMOS   TCAD   反相器   高温  

摘要： 4H-SiC,作为宽禁带半导体材料,以其卓越的高击穿场强和高热导率等特性,在电力电子、极端环境传感器和高温电路中展现出广泛的应用潜力。在目前商业化碳化硅器件制造的电力电子系统中所需的冷却要求较低,可节省电路板空间和成本,但是目前SiC集成电路的研究仍处于研发阶段,只有采用碳化硅技术设计集成电路时,才能完全利用碳化硅的耐高温性能。本研究利用Sentaurus TCAD工具并遵循生产流程,引入了与SiC器件特性相符的关键物理模型,设计了平面型NMOS和PMOS器件,并分析了其高温下的静态和动态性能。通过TCAD模型分析了MOSFET的频率和增益特性,发现温度从300K上升到700K时,NMOS的电压增益从21d B下降到12d B,PMOS的电压增益从12.5d B下降到9d B,而且在700K高温条件下,这些器件在100MHz的频率下仍能维持稳定的增益。此外,在没有精确SPICE模型的情况下,本文基于TCAD模型构建了SiC反相器,研究了其在高温状态下的瞬态特性。仿真结果显示,在700K的极端温度下,反相器仍保持较高的噪声容限和稳定的工作状态。尽管在300K时反相器的响应速度最快,但温度升至700K时,传播延时tp HL和tp LH分别增加了173ps和141ps,而总开关时间tswitch增加了210ps。最后,本文介绍SiC的与非门电路,并证明了它在高温条件下的稳定性。

关键词： 边扫/非边扫器件混合电路板   边界扫描测试   测试向量生成算法   降虚警率测试   故障诊断  

摘要： 边界扫描测试是一种广泛应用于集成电路生产制造、维护保障过程中的测试性技术。这项测试性技术的使用极大提升了电路的测试效率,降低了测试难度和测试成本。然而,实际被测对象往往是同时具有边扫器件和非边扫器件的混合电路板。对于这类包含边扫/非边扫器件的混合电路板,如何充分利用边扫技术对其进行测试是当前研究的热点与难点。同时,在引入利用边扫器件对非边扫器件进行测试这一要求后,对于边扫器件测试的故障隔离率、虚警率要求变得更为严苛。如何解决现有测试过程中存在的由于测试向量的高误判/混淆率带来的故障隔离率过低,以及测试结果的虚警率过高问题是相关研究的重点与难点。本文围绕如“何利用边界扫描技术对边扫/非边扫器件混合电路板进行测试,并对测试过程中存在的高误判/混淆率、高虚警率等问题进行解决优化”这一核心问题进行研究,针对被测对象进行故障建模、测试方法研究、测试向量生成算法研究,并创新性地提出了两种新的算法,有效解决了如何利用边扫技术对混合边扫/非边扫器件电路板进行测试的问题和相关技术难点。最终将所有研究成果编写成软件,通过搭建实验平台对本文的研究内容进行了实验验证。本文以某装备测试和故障诊断系统研制项目为实际工程背景,研究内容主要包括: 边扫/非边扫器件混合电路板的故障建模与测试方法研究。本文首先根据器件是否具有边扫结构,将混合电路板上的器件划分为边扫器件和非边扫器件,对于非边扫器件,又将研究范围规定为AD/DA、存储器件。随后,本文针对这些器件的功能特点进行了故障建模。依据不同的故障类型,本文对其的测试方法进行了研究,并设计了具体的测试方案,包括测试的实施流程和测试系统结构。 针对边扫/非边扫器件混合电路板的测试向量生成算法研究。本文基于各器件故障建模的结果以及制定的测试方案,分别提出了相应的测试向量生成算法。针对引入非边扫器件测试后,对边扫器件测试故障隔离率要求提升的问题,本文创新性地提出了一种融合遗传算法和改进AO*的测试向量生成算法,有效解决了当前主流算法生成的测试向量由于误判/混淆率过高带来的故障隔离率低问题。对于非边扫器件中的AD/DA器件,本文给出了实现其静态电压测试所需的测试向量生成算法,并通过引入修正函数的方式解决了测试数据理论值与实际仪器设备输出精度差异的问题。对于非边扫器件中的存储器件,本文针对如何利用边界扫描技术实现存储器图形测试算法问题进行研究,给出了将图形测试算法映射到边界扫描技术的方法及状态转移关系图,并给出了每个状态下的测试向量生成算法和用于故障诊断的测试四元组。 降虚警率测试方法的提出与实施流程的优化。本文针对边界扫描测试结果在存在的虚警问题进行了分析,给出了虚警的成因以及数学判据。在此基础上,本文创新性地提出了降虚警率测试的实施流程及其优化算法,使测试结果的虚警问题得到了高效的解决。 用于边扫/非边扫器件混合电路板测试的软件模块的编写与实现。本文将上述所有研究内容编写成可用于边扫/非边扫器件混合电路板测试的上位机软件,并通过搭建实验平台对其进行了实验验证。通过实验证明了本文提出的方法在边扫/非边扫器件混合电路板测试与故障诊断中的有效性。实验结果表明,本文的研究结果有效地实现了利用边界扫描技术对非边界扫描器件进行测试,实现了基于边界扫描技术的存储器的图形测试。且本文提出的方法有效提升了故障隔离率、降低了虚警率。

关键词： OLED   PCB   FPGA   时序控制电路  

摘要： 有机发光二极管(OLED)被业界普遍认为是下一代显示技术中最具有发展潜力的一种,而时序控制电路,作为OLED显示器驱动系统的核心,对OLED显示系统的正常工作起着关键的作用。 本文以分辨率为1920×1080,刷新频率为60Hz的50吋AMOLED显示屏作为研究对象,就AMOLED显示驱动技术进行了深入的研究。基于FPGA设计了OLED显示屏的控制电路,并进行时序仿真与程序烧录以验证电路,此外也对时序控制电路进行板级硬件设计与仿真验证。具体工作如下: (1)文中就此款50吋OLED显示屏,对其器件结构与工作原理,AMOLED像素单元电路工作原理,OLED显示屏栅极、源极驱动电路,OLED显示屏驱动控制电路功能模块与架构进行了工作原理研究与驱动需求分析。 (2)使用VIVADO软件进行时序控制电路的设计与仿真,实现了OLED显示屏显示所需控制信号的输出。首先使用Verilog语言搭建OLED显示屏的栅极和源极驱动电路,然后将其驱动所需的控制信号分为时钟模块、同步信号模块、源极驱动模块、栅极驱动模块进行程序设计与时序仿真。最终使用FPGA开发板进行程序的烧录验证,力图表明基于FPGA的OLED显示屏时序控制电路的整体设计满足此款OLED显示屏的驱动需求,可以支持相应的功能需求。 (3)对于此时序控制电路进行硬件设计,首先对于OLED显示屏时序控制板内部主要功能模块进行芯片选型以及原理图设计,例如存储模块、电源模块等;然后使用Cadence开发工具allegro软件对该时序控制板进行PCB板的尺寸设计、叠层设定、器件布局、参数设定、控制信号走线设计以及电源走线设计等,完成PCB版图的布局布线,并且进行相关的DRC检查并优化;最终,设计结果表示基本达成此款OLED显示屏驱动需求,包括其需要的电源信号例如VGH、VGL等的电压要求,控制信号例如STV、SHL等的时序控制要求,结果确定该时序控制板可以完成预期的功能要求。

关键词： 温度传感器   高精度   高转换速率   曲率校准   放大器校准   混合电容-电阻DAC阵列  

摘要： 随着工业制造的进步,电路不断朝高集成度方向发展,不同电路模块之间相互协作,最终构成具有完整功能的集成电路。然而不同模块之间均会产生一定程度的误差,并且随着电路规模的扩大该误差会逐渐放大,对高精度数字温度传感器电路的设计提出了挑战。例如在基于逐次逼近型寄存器（Successive approximation register,SAR）模数转换器（Analog-to-digital converter,ADC）的温度传感器中,基准电路、放大器、SAR ADC的性能均会影响传感器的精度。此外,在医疗领域和工业控制领域,对于温度检测的频率也有极高的要求。并且对于一些特殊环境,还会考虑环境噪声对温度检测设备的影响。针对上述难点和挑战,本文结合具体应用环境,开展了高精度、高转换速率的互补金属氧化物半导体（Complementary metal oxide semiconductor,CMOS）温度传感器研究,本文的创新点和主要内容如下: 1.针对传统的一阶带隙基准电路进行改进,通过开关电容电路引入与绝对温度无关（Zero to absolute temperature,ZTAT）以及与绝对温度成正比（Proportional to absolute temperature,PTAT）的电流进而消除基准电压的高阶非线性。该方法与传统的曲率校准电路相比具有更好的灵活性,并且温度系数从25ppm/°C变为了1.51ppm/°C,降低了最大3.036°C的温度误差。 2.针对放大器中的失配以及失调对放大器精度的影响。本文进行了两个方面的改进:其一采用连续四次放大的开关电容放大电路。传统的放大器没有连续放大的结构,36倍的放大倍数需要采用18:1的电容（电阻）比例,而本文仅需要采用4.5:1的比例。采用开关电容结构的放大器相比传统电阻放大器具有更好的匹配,失配从2.88%降低到了0.023%。并且连续四次的放大过程对放大产生的误差求了平均,提高了放大因子的精确度。其二设计了一款适用于本设计的放大器校准电路,在传统的自归零（Auto-zerod）和相关双采样电路（Correlated double sampling,CDS）的基础上进行改进,利用失调存储和消除的原理降低运放失调对于放大器放大因子精度的影响,进而提高温度传感器的精度,降低了大约10°C的温度误差。 3.针对传统SAR ADC的电容数模转换器（Digital to analog converter,DAC）阵列面积大的问题进行了改进,设计了电阻电容结合的混合电容-电阻DAC阵列结构,并且进一步优化了电阻DAC结构,在确保SAR ADC性能的前提下节省了11047.6μm2（约占传统两段分裂电容的49.809%）的面积。 本文所提出的设计在2.7V至5.5V的电源电压范围内工作,并使用0.6μm BJT工艺实现,该温度传感器在传统两段分裂电容-55°C到125°C的温度范围内,无需校准即可在1.48ms（最快可达0.1ms）的转换时间内实现±1.45°C（3σ）的精度,并实现29.7mK的分辨率。

关键词： 毫米波   相控阵   衰减器   移相器  

摘要： 随着通信技术以其关键性作用成为支撑经济社会发展的重要基石,同时也是推动各行各业走向现代化发展的坚实后盾。而在毫米波频段由于增益的稀缺,相控阵技术就应时而生,其波束合成赋形的能力弥补了毫米波频段传输距离短的缺点。幅相控制模块作为相控阵系统中的核心,对这两个模块的研究也是有重要意义的。 本文首先通过一维线性阵列天线简要介绍了波束赋形的概念与基本工作原理,并分析了幅相控制模块在相控阵中的作用,后续介绍了幅相控制模块的主要指标,并列举了几种常见的移相器结构,分析了开关内嵌式衰减器的工作原理。为后文的模块设计提供设计依据。 对于矢量合成型移相器,为了解决移相器中可变增益放大器的附加相移带来的相位误差,本文采用有源交叉耦合对技术来抵消附加相移,实现相位的精确控制,基于65nm CMOS工艺设计了两款76-81GHz矢量合成型移相器。第一款移相器移相步进5.625°,最终测试结果RMS相位误差<1.4°,RMS幅度误差<1.2d B。第二款移相器移相步进2.8125°,采用了一种新型的两节Hybrid减小正交信号发生器的幅度误差,同时采用了能进行温度补偿的控制电路减小移相器性能在温度域的变化,最终仿真结果RMS相位误差<0.7°,RMS幅度误差<0.45d B。 对于衰减器,如何提升其衰减精度以及降低其附加相移是其重点研究的问题,采用并联尾电容的技术降低附加相移,使用两种工艺设计了两款衰减器。第一款基于65nm CMOS工艺设计了一款76-81GHz三位衰减器,衰减步进1d B,最终系统测试结果幅度调节范围7.5d B,RMS幅度误差<0.75d B。第二款基于0.15μm Ga As工艺设计了一款10.5-15GHz五位衰减器,衰减步进0.5d B,采用S型排布衰减单元的布局方式减小版图面积同时提供匹配电感减小插入损耗,最终仿真结果RMS幅度误差<0.1d B,RMS相位误差<1.8°。 面向双向相控阵系统的应用需求,增益不足是限制双向系统发展与推广的一大问题,因此,基于65nm CMOS工艺采用功分以及双向可变增益放大器架构本文设计了一款双向有源移相器取代双向系统中的无源移相器以提高系统增益。其中采用了有源中和电容抵消技术降低了双向VGA的附加相移,最终仿真结果正向增益0d B,RMS相位误差<3.4°,RMS幅度误差<1d B;反向增益-2d B,RMS相位误差<2.4°,RMS幅度误差<1.3d B,实现双向工作。

关键词： Flash   AHB   Flash控制器   UVM   自动化验证平台  

摘要： 随着新能源汽车、人工智能(Artificial Intelligence,AI)、物联网(Internet of Things,Io T)等领域的迅速发展,对专用集成电路(Application Specific Integrated Circuit,ASIC)的需求持续增长。片上系统(System on Chip,So C)作为一种高集成度、低功耗、使用灵活且可靠的解决方案,在各个领域的电子产品和设备中得到了广泛的应用。嵌入式Flash存储器具有读写速度快、存储密度大、可靠性高且可重复编程的优势,在So C的存储系统中扮演着不可或缺的重要角色。 本论文设计并实现了一款可配置多模式的Flash控制器。该Flash控制器提供对异步且无需配置的嵌入式Flash存储器和同步且需配置的嵌入式Flash存储器的支持,并可以通过相应参数的配置实现对不同规格的嵌入式Flash存储器的兼容。此外,该Flash控制器还可以适配不同的AMBA总线接口,实现与不同系统的集成。 为确保可配置多模式的Flash控制器的验证的完备性,本论文基于UVM搭建了层次化的验证平台。该验证平台能够高效地完成可配置多模式的Flash控制器的验证工作,并可以通过相应配置类的配置实现对不同规格的Flash控制器的兼容。对于可配置多模式的Flash控制器的验证,最终的代码覆盖率为87.99%,功能覆盖率为100%。 为实现验证流程的自动化操作,本论文使用Python构建了自动化的验证平台。该自动化验证平台可以根据实际验证需求自动生成全套的验证环境,包括验证平台、测试用例及脚本文件等内容。 除此之外,本论文还搭建了数模混合仿真平台以对可配置多模式的Flash控制器进行系统级验证。在可配置多模式的Flash控制器的系统级验证中,对系统时钟切换的相应场景进行了验证,并设计实现了C2 Driver以通过C2接口对系统中的嵌入式Flash存储器进行控制与调试。 可配置多模式的Flash控制器的实现加快了芯片开发进程,提高了芯片开发效率,适应了产品快速迭代的需求。 可配置多模式的Flash控制器的UVM验证平台及其自动化验证平台的实现进一步提高了验证效率,是对验证流程自动化的初步探索,满足了当今数字集成电路验证对验证效率、验证平台复用性和验证流程自动化的迫切需要。

关键词： X射线成像   集成电路封装   检测精度  

摘要： 集成电路封装技术是现代电子设备制造中的关键环节,集成电路在封装过程中出现的缺陷会严重影响电路的可靠性和稳定性。因此,检测集成电路封装内部的缺陷成为保障电子产品质量的重要手段。传统的人工检测方法在处理复杂封装时面临检测效率低、精度不足等问题,难以满足现代工业生产的需求。本文提出了一种基于X射线成像的自动化集成电路封装缺陷检测系统,该系统结合了先进的图像处理技术与深度学习模型,能够有效识别封装中的气泡、裂纹和焊接不良等缺陷。实验结果表明,该系统在三类封装中的平均检测精度达98.5%,相较人工检测精度提高了16%以上,且检测效率大幅提高,封装检测时间缩短至3s以内。本文进一步探讨了该技术在高可靠性电子设备生产中的应用前景,并提出了未来集成电路封装产业化推广的发展方向和优化策略,旨在提高集成电路封装缺陷检测技术的检测精度和检测效率,进而促进集成电路在更多工业领域得到应用。