一种基于IBIS的集成电路总剂量效应建模方法技术领域
本发明属于器件辐照效应模型的建模技术领域，尤其涉及一种基于IBIS的集成电
路总剂量效应建模方法。
背景技术
目前，为了满足人们对电子设备小型化和多功能化的要求，印制电路板(PCB)正向
高速度、高密度、高集成度方向发展。当信号速率和元器件密度提高到一定程度时，PCB上的
寄生效应会在传输信号上引起噪声和干扰，PCB就不能良好的工作了。这就要求在电子产品
开发的PCB设计阶段就必须进行良好的信号完整性仿真设计。仿真时所用的器件模型将直
接影响仿真的精度。现在业界在进行信号完整性仿真时广泛使用的器件模型是IBIS模型
(一种基于V/I曲线的对I/O缓冲器快速准确建模的方法)，通过分析高速电路板中存在的阻
抗匹配问题，利用仿真软件给出解决信号完整性问题的方法。然而，现有的信号完整性仿真
软件只能给出常规条件(无辐照条件)下，PCB的信号完整性分析策略，而无法对PCB在总剂
量效应情况下的信号完整性问题进行仿真分析。总剂量效应是指半导体器件长期处于辐射
环境下，在绝缘层(主要是氧化层)累积形成氧化物陷阱电荷和界面态电荷的现象。这种累
积效应会引起半导体器件性能退化，包括器件阈值电压的漂移、迁移率下降、漏电流的增加
等。因此在对太空环境、核爆环境下的电路进行信号完整性分析时，必须要考虑辐照对电路
的信号完整性影响。
综上所述，现有的信号完整性仿真软件只能给出常规条件(无辐照条件)下，PCB的
信号完整性分析策略，而无法对PCB在总剂量效应情况下的信号完整性问题进行仿真分析。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于IBIS的集成电路总剂量效应建模方法，旨在解决
现有的信号完整性仿真软件只能给出常规条件(无辐照条件)下，PCB的信号完整性分析策
略，而无法对PCB在总剂量效应情况下的信号完整性问题进行仿真分析的问题。
本发明是这样实现的，一种基于IBIS的集成电路总剂量效应建模方法，所述基于
IBIS的集成电路总剂量效应建模方法是对原始电子器件分别采用不同的目标累积剂量进
行辐照，得到不同辐照剂量下器件的受损情况；对经过辐照后的器件进行数据测量，根据测
量数据对经过辐照后的原始电子器件分别进行模型提取，构建全部目标累计剂量下电子器
件的IBIS模型数据库；在给定辐照总剂量D的情况下，根据D对构建好的器件模型数据库进
行插值操作，获得该辐照剂量下的VI和VT等插值数据，并根据插值数据构建IBIS模型，即该
辐照剂量下器件的IBIS总剂量效应模型。
进一步，由获得的原始电子器件的IBIS模型和得到的经过全部目标累积剂量辐照
后的电子器件的IBIS模型共同构成与总剂量辐射相关的器件模型数据库。
进一步，可以采用100rad(Si)/s的剂量率进行辐照，进行168小时100℃高温退火
处理，获得目标剂量下的IBIS模型数据文件。
进一步，VT数据进行插值具体包括：
对每一个辐照剂量下的IBIS数据文件中的VT数据进行统一化操作；即对VT数据而
言，合并所有IBIS文件中的时间T，并且除去其中重复的时间节点，最终得出一个统一的时
间T的分布；
为VT数据提取不同辐照剂量下同一时间节点T对应的电压数据；
给定辐照剂量D，根据每一行提供的数据进行插值操作，得到在该时间点T下，该辐
照剂量D对应的电压值V。
本发明的另一目的在于提供一种利用所述基于IBIS的集成电路总剂量效应建模
方法构建PCB的总剂量效应模型以及一种普适的辐照条件下器件输入输出缓冲区建模的方
法。
本发明提供的基于IBIS的集成电路总剂量效应建模方法，是对辐照条件下的集成
电路进行输入输出缓冲区建模的方法，所建立的IBIS辐照效应模型可直接用于辐照条件下
PCB的信号完整性问题的仿真分析。
附图说明
图1是本发明实施例提供的基于IBIS的器件总剂量效应建模方法流程图。
图2是本发明实施例提供的实施例1的流程图。
图3是本发明实施例提供的IBIS模型数据测量示意图。
图4是本发明实施例提供的IBIS的VT数据中T标准统一化的示意图；
图中左边代表不同的辐照剂量对应的ibis模型数据文件中VT时间节点T的分布，
右边代表去除所有IBIS文件中重复时间节点后形成的统一化的时间节点分布；这个时间T
的分布将作为所有IBIS文件中VT数据中的T。
图5是本发明实施例提供的IBIS原始VT数据根据统一化后的T进行标准化的示意
图；
图中左边代表统一化后的时间T的分布，右边代表根据新时间节点分布对每一个
IBIS文件中的电压数据V进行插值得到的新的VT数据。其中v’部分代表新插入的值。
图6是本发明实施例提供的同一时间T下不同辐照剂量对应电压V的数据表格图。
图7是本发明实施例提供的在给定辐照剂量D后，根据标准统一化后模型数据进行
插值的示意图。
其中d’所在的列代表不同时间点下插入的值。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明
进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于
限定本发明。
下面结合附图对本发明的应用原理作详细的描述。
如图1所示，本发明实施例提供的基于IBIS的集成电路总剂量效应建模方法包括
以下步骤：
S101：选择市面上某种电子器件或者设计一种电子器件作为原始电子器件；
S102：根据原始电子器件进行测试获得原始电子器件的测试数据，根据测试数据
对原始电子器件进行模型构建，得到原始电子器件的IBIS模型；
S103:对原始电子器件分别采用不同目标累积剂量进行辐照；
S104:对经过不同目标累积剂量辐照的原始电子器件分别进行测试得到新的测试
数据，根据新的测试数据对经过辐照后的原始电子器件分别进行模型提取，获得全部目标
累计剂量辐照后的电子器件的IBIS模型；
S105：由获得的原始电子器件的IBIS模型和得到的经过全部目标累积剂量辐照后
的电子器件的IBIS模型共同构成与总剂量辐射相关的器件模型数据库；
S106：在给定辐照总剂量D的情况下，根据D中构建的器件模型数据库进行插值操
作，获得该辐照剂量下的VI和VT数据，根据新的数据构建新的IBIS模型，即该辐照剂量下器
件的IBIS辐照总剂量模型。
下面结合具体实施例对本发明的应用原理作进一步的描述。
结合图2所示流程图，以非加固晶体管为例，说明本发明的具体实施过程。
首先为了进行建模，需要选取原始电子器件，原始器件可以是选择市面上已有的
器件，也可以自己设计制造一种电子器件。获取原始电子器件在未加辐照情况下的原始电
子器件的IBIS模型，可以采用SPICE仿真方法或者真实器件直接测量的方法，如图3所示，测
得其IV数据、VT数据(IV数据表示电流电压关系，包括上拉下拉I/V数据以及电源和GND箝位
数据；VT数据表示电压时间关系，包括上升波形的VT数据和下降波形的VT数据)等，将数据
录入IBIS文件，完成模型的创建(对于市面上买到的器件，还可以直接从厂家那里获取原始
器件的IBIS模型)。
建立一个器件的IBIS模型通常需要以下几个步骤：
(1)进行建立模型前的准备工作。这包括了：决定模型的复杂程度；根据模型所要
表现的内容和元件工作的环境，来确定电压和温度范围以及制程限制等因素；获取元件相
关信息，如电气特性以及管脚分布；器件的应用信息。
(2)完成了上面的工作后，接下来就是要获得I-V曲线或上升/下降曲线的数据，这
可以通过直接测量或是仿真得到。
(3)将得到的数据写入IBIS模型。不同的数据在各自相应的关键字后列出，要注意
满足IBIS的语法要求。
(4)初步建立了模型后，应当用s2iplt等工具来查看以图形方式表现的V/I曲线，
并检查模型的语法是否正确。如果模型是通过仿真得到的，应当分别用IBIS模型和最初的
晶体管级模型进行仿真，比较其结果，以检验模型的正确性。
(5)得到了实际的器件后，或者如果模型是由测量得到的，要对模型的输出波形和
测量的波形进行比较。
为了获得经过一定累积剂量辐照后的器件模型，需要对原始器件进行目标累积剂
量的辐照。对器件进行总剂量辐照的目的是用模拟试验的方式预估应用环境下辐照对器件
的影响，对于不同的应用，器件经受的总剂量辐射的剂量是不同的。对于空间应用环境，器
件在轨周期所经历辐射的累积剂量在10krad(Si)到1000krad(Si)的范围内。而空间环境下
的辐射剂量率(即单位时间的辐射剂量)是很低的(远小于1rad(Si)/s)，如果在如此低的剂
量率下进行辐照试验，需要大量的实验时间，是人力物力很难承受的。由于在较高的剂量率
下进行辐照，然后进行退火的结果与直接在低剂量率下进行辐照的结果很接近，因此通常
辐照试验都是在较高的剂量率下进行的。例如在实际试验中，可以采用100rad(Si)/s的剂
量率进行辐照，然后进行168小时100℃高温退火的方式。现在假设应用环境为某空间卫星
轨道，在试验中可以选择目标累积剂量：10krad(Si)、30krad(Si)、60krad(Si)、100krad
(Si)、300krad(Si)、600krad(Si)、1000krad(Si)(目标累积剂量的选取需要根据实际应用
环境进行动态调整，以期能够均匀的分布于整个辐照剂量范围内)。空间应用环境中辐射的
剂量率很低(远小于1rad(Si)/s)，而低剂量率下的辐照速度很慢，为达到上述选取的目标
累积剂量需要很长时间，这里以100krad(Si)的总剂量为例，采用100rad(Si)/s的剂量率进
行辐照，然后进行168小时100℃高温退火处理。对于经过辐照处理达到目标总剂量后的器
件进行与如前所述相同的数据测量操作，并构建新的IBIS辐照模型文件，这样就获得了该
器件在目标剂量为100krad(Si)下的IBIS模型数据文件。采用与上述相同的方法，可以获得
其他6个目标剂量下的IBIS模型数据文件。至此，结合该器件的原始IBIS模型数据文件，就
建立起了该器件在0krad(Si)～1000krad(Si)辐照剂量下的IBIS模型数据库。
有了IBIS模型数据库后，就可以给定某一关心的目标总剂量(在本例中目标剂量
的范围是0krad(Si)～1000krad(Si))，然后利用插值的方法得到该总剂量下器件的IBIS辐
照效应模型。下面具体介绍对VT数据进行插值的过程：
(1)统一数据的分布：对每一个辐照剂量下的IBIS数据文件中的VT数据进行统一
化操作，即对VT数据而言，合并所有IBIS文件中的时间T，并且除去其中重复的时间节点，最
终得出一个统一的时间T的分布，如图4所示，然后用插值的方法为每一个IBIS文件补齐缺
失的时间对应的电压，结果如图5所示。
(2)为VT数据提取不同辐照剂量下同一时间节点T对应的电压数据，形成如图6所
示的数据表格。在该数据表格中，每一行代表同一时间点T下不同辐照剂量对应的电压值V。
(3)给定辐照剂量D，根据步骤(2)中的每一行提供的数据进行插值操作，得到在该
时间点T下，该辐照剂量D对应的电压值V，用相同的插值方法为剩余的其他时间节点进行插
值，插值后的结果如图7所示。
对于VI数据的插值过程亦有相同的数据操作，由于Pulldown和Pullup数据的电压
扫描范围不同，因此在统一电压分配及之后的插值过程时，需分开操作。
在插值获取辐照剂量D对应的VT和VI数据之后，利用这些数据构造给定辐照剂量
下的IBIS辐照效应模型，至此IBIS辐照总剂量模型构造完毕(对于模型中的其他值，可以认
为在不同的辐照剂量下是固定不变的，因此可直接用于构造IBIS辐照效应模型)。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精
神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。