磁随机存储器的电磁敏感度研究.pdf

收稿日期:2 0 2 3 0 6 2 0;修回日期:2 0 2 4 0 1 2 2基金项目:航天产学研合作基金资助项目(S A S P 2 0 2 1 0 6 9)通信作者:吴建飞(1 9 8 3-)男,江苏如东人,副研究员,博士,主要从事电磁兼容测试模拟和数字电路建模与仿真研究。E-m a i l:4 9 7 1 0 9 6 2 0q q.c o m磁随机存储器的电磁敏感度研究吴健煜1,杜传报2,吴清川1,吴建飞3,刘 斌1,宋少兵1(1.中国人民解放军7 8 1 7 0部队,成都6 1 0 5 0 4;2.西北核技术研究所,西安7 1 0 0 2 4;3.国防科技大学 电子科学学院,长沙4 1 0 0 7 3)摘 要:采 用 直 接 功 率 注 入 法(d i r e c t p o w e r i n j e c t i o n,D P I)对 一 款 新 型 磁 随 机 存 储 器(m a g n e t o r e s i s t i v e r a n d o m a c c e s s m e m o r y,MR AM)芯片进行了抗干扰测试。在存储数字“0”和“1”的情况下,对MR AM的电源引脚、数据引脚、控制引脚进行了干扰注入,对比了各引脚的失效功率。测试结果表明:MR AM在存储数字“0”时的敏感度比数字“1”时的敏感度低;与干扰从地引脚注入相比,干扰从电源引脚注入时芯片的敏感度更高;读取电路电磁敏感度和输出引脚与电源引脚具有较大相关性。这一研究结果可为提升新型存储器MR AM的芯片抗扰度及电路优化提供理论参考。关键词:电磁兼容;失效机理;直接功率注入;磁随机存储器;电磁敏感度中图分类号:T N 4 7;T N 4 3文献标志码:A D O I:1 0.1 2 0 6 1/j.i s s n.2 0 9 5 6 2 2 3.2 0 2 4.0 1 1 2 0 1E l e c t r o m a g n e t i c S e n s i t i v i t y o f a N o v e l M a g n e t i c R a n d o m A c c e s s M e m o r yWU J i a n y u1 DU C h u a n b a o2 WU Q i n g c h u a n1 WU J i a n f e i3 L I U B i n1 S ONG S h a o b i n g1 1 C h i n e s e P e o p l e s L i b e r a t i o n A r m y 7 8 1 7 0 U n i t C h e n g d u 6 1 0 5 0 4 C h i n a 2 N o r t h w e s t I n s t i t u t e o f N u c l e a r T e c h n o l o g y X i a n 7 1 0 0 2 4 C h i n a 3 C o l l e g e o f E l e c t r o n i c S c i e n c e N a t i o n a l U n i v e r s i t y o f D e f e n s e T e c h n o l o g y C h a n g s h a 4 1 0 0 7 3 C h i n a A b s t r a c t I n t h i s p a p e r a n o v e l t y p e o f m a g n e t i c r a n d o m a c c e s s m e m o r y MR AM c h i p i s t e s t e d f o r a n t i-i n t e r f e r e n c e u s i n g d i r e c t p o w e r i n j e c t i o n D P I I n t e r f e r e n c e i n j e c t i o n i s p e r f o r m e d o n t h e p o w e r p i n d a t a p i n a n d c o n t r o l p i n o f MR AM w h i l e s t o r i n g n u m b e r s i s 0 o r 1 a n d t h e f a i l u r e p o w e r o f e a c h p i n i s c o m p a r e d T h e t e s t r e s u l t s s h o w t h a t MR AM h a s l o w e r s e n s i t i v i t y w h e n s t o r i n g t h e n u m b e r i s 0 t h a n t h a t w h e n s t o r i n g t h e n u m b e r i s 1 C o m p a r e d t o i n t e r f e r e n c e i n j e c t e d f r o m t h e g r o u n d p i n t h e s e n s i t i v i t y o f t h e c h i p i s h i g h e r w h e n i n t e r f e r e n c e i s i n j e c t e d f r o m t h e p o w e r p i n T h e e l e c t r o m a g n e t i c s e n s i t i v i t y o f t h e r e a d i n g c i r c u i t a n d t h e c o r r e l a t i o n b e t w e e n t h e o u t p u t p i n a n d t h e p o w e r p i n a r e s i g n i f i c a n t T h e s t u d y c a n p r o v i d e t h e o r e t i c a l r e f e r e n c e f o r i m p r o v i n g t h e c h i p i mm u n i t y a n d c i r c u i t o p t i m i z a t i o n o f t h e n e w m e m o r y MR AM K e y w o r d s e l e c t r o m a g n e t i c c o m p a t i b i l i t y f a i l u r e m e c h a n i s m d i r e c t p o w e r i n j e c t i o n m a g n e t i c r a n d o m a c c e s s m e m o r y MR AM e l e c t r o m a g n e t i c s e n s i t i v i t y1-102110第1 5卷 第1期2 0 2 4年2月现 代 应 用 物 理MO D E R N A P P L I E D P HY S I C SV o l.1 5,N o.1F e b.2 0 2 4 随着科技的日益发展,电子系统广泛应用于航空航天、军事装备、信息通信等领域。作为电子系统中十分重要的电子器件,存储器在恶劣电磁环境下的电磁稳定性会直接影响电路系统的正常运行。高温高压、复杂电磁环境、粒子辐照都会影响存储器稳定性。当传统的CMO S工艺存储器无法满足特殊应用环境需求时,开展对新型存储器电磁兼容特性研究,对提升整个电子系统的电磁兼容和可靠性具有十分重要的意义1。磁 随 机 存 储 器(m a g n e t i c r a n d o m a c c e s s m e m o r y,MR AM)是以磁隧道结(m a g n e t i c t u n n e l j u n c t i o n,MT J)作为存储单元的新型磁随机存储器。与传统的运用 电平存储 数据的 静 态 随 机 存 储 器(s t a t i c r a n d o m a c c e s s m e m o r y,S R AM)存储原理不同,它不依赖外部电源供电保存数据,而是利用磁粒子单元的磁化特性对数据进行存储24,具有非易失、高速率、易集成的特点。相较于与S R AM存储器相比,MR AM的电磁敏感度更低。与传统存储结构相比,磁性存储在抗干扰方面有较大优势。目前,MR AM已经应用于航空航天、太空探测等领域,有 效 提 升 了 系 统 的 抗 干 扰 特 性5。因 此,将MR AM应用于电磁兼容领域,探索其对电磁干扰的敏感度具有重要的意义。本 文 采 用 直 接 功 率 注 入(d i r e c t p o w e r i n j e c t i o n,D P I)法对MR AM的电磁敏感度进行了研究。D P I法是一种常用的传导耦合测试方法,主要用于测试研究集成电路中特定引脚或特定模块的电磁敏感度对芯片的影响。在待测存储器芯片中分别存入数字“0”和“1”,然后测试存储器各引脚的电磁敏感度,得出各引脚的失效功率,结合实验数据分析新型存储器MR AM的抗扰度,验证MT J存储模块电磁稳定性,发现MR AM的控制引脚与电源引脚 具 有 较 高 的 电 磁 敏 感 度。本 文 的 研 究 对MR AM外围电路可靠性优化设计具有参考意义。1 MR AM的电磁敏感度MR AM主要由电源电路、MT J写入电路、MT J存储单元矩阵及读取电路等4种结构组成6。电源电路是芯片的基础功能单元,通常由金属氧化物半导体场效应晶体管(m e t a l o x i d e s e m i c o n d u c t o r f i e l d e f f e c t t r a n s i s t o r,MO S F E T)构成,MO S F E T自身的抗扰度相对较强,因此传统的电源电路设计中通常都会在MO S F E T的电源、地端口加入稳压和滤波结构,可以在很大程度上衰减过滤一般的电磁干扰。只有注入特定干扰引起MO S F E T自身结构失效时,电源电路的功能才会失效。MT J写入电路利用MO S F E T的开关特性将电源的灌电流引入MT J,实现对MT J的写入。MT J数据写入是电流按照既定方向流经磁隧道结改变铁磁层原先的自旋方向的过程。MT J写入电路失效机理与MO S F E T失效机理一致。MT J存储矩阵单元由2个铁磁层与1个绝缘层构成,它不是P N结结构,因此需要利用自旋转移效应的开关电流模型分析7干扰信号对铁磁层的影响。改变MT J存储内容就是改变MT J铁磁层极化方向,电磁干扰可以视作是一种小于开关电流的写入电流,这些电流会被作用于磁矩的旋动,虽然不会直接引起磁矩极化翻转,但是会使开关所需能量降低。如果电磁干 扰 持 续 注 入,就 会 引 起 磁 矩 产 生 热 扰 动 翻转81 0。图1为电磁干扰对铁磁层自旋电子的影响。(a)S w i t c h i n g e n e r g y b e f o r e i n t e r f e r e n c e i n j e c t i o n(b)S w i t c h i n g e n e r g y a f t e r i n t e r f e r e n c e i n j e c t i o n图1电磁干扰对铁磁层自旋电子的影响F i g.1 E f f e c t o f i n t e r f e r e n c e i n j e c t i o n o n s p i n e l e c t r o n s i nt h e f e r r o m a g n e t i c l a y e r s在热扰动翻转下,开关电流与写入电流的脉冲宽度成对数关系,并且开关电流会随写入时间的变化而变化。开关电流Is和写入电流脉冲宽度的关系为Is=Js1-KBTEl n0 (1)其中:Js为温度为0时的开关电流密度,Am-2;2-102110 吴健煜 等:磁随机存储器的电磁敏感度研究第1期KBTE为热稳定系数;0为引起MT J翻转的临界脉冲宽度;MT J自由层受到干扰后磁化方向的转换概率Pw表示为Pw=1-e x p-tt0e x p-EKBT(1-IIs,0)(2)其中:I为流经MT J的电流;Is,0为温度为0时的开关电流。读取电路通常由灵敏放大器和参考磁阻组成。灵 敏 放 大 器 受CMO S器 件 影 响,因 此,对MO S F E T的失效进行分析至关重要。参考磁阻是一个固定阻值的MT J存储单元,不受温度等其他参数影响。MO S F E T在数字电路工作中主要有饱和状态和截止状态1 1。对MO S F E T失效分析以NMO S为例:工作在饱和区的NMO S管中漏极电流ID表达式为ID=12NCo xWL(VG S-Vt h)2(3)其中:N为NMO S管的导通系数;Co x为栅氧化层电容;W为栅宽;L为栅长;VG S为栅源电压;Vt h为阈值电压。式(3)满足的条件是VD SVG S-Vt h,VD S为漏源电压。如果漏极电压VD,栅极电压VG固定且ID固定时,源极电压VD,VS数值确定并且在深度饱和条件下,VD S0,D S端必须存在压降使得VSVD。NMO S的内部寄生电容如图2所示。图2 NMO S内部寄生电容F i g.2 I n t e r n a l p a r a s i t i c c a p a c i t a n c e o f NM O S 因此,当干扰从D端进入NMO S时,在饱和条件下,电磁干扰会通过寄生电容改变G和S端的电势。图3为寄生电容随VG S的变化关系1 2。由图3可见,在NMO S处于饱和区时,电容CG D比CG S电容容量小,说明CG D对高频阻抗高于CG S。因此,干扰从漏极注入后,VG S会随频率增加而减小,当VG SVt h时,MO S F E T从饱和状态变为截止状态。当NMO S处于截止区时,反型层并未形成,D S两端等效电阻较大,NMO S管处于夹断状态,此时VG SVGVS,随着频率的变化,NMO S逐渐进入饱和状态。图3寄生电容随VG S的变化关系F i g.3 P a r a s i t i c c a p a c i t a n c e v s.VG S由图3可见,饱和状态和截止状态下,G S寄生电容不同,在饱和状态下寄生电容更大。饱和状态下栅极与源极的电势差小于截止状态下的电势差,因此干扰注入更容易引起饱和状态的失效。MR AM的芯片与S R AM芯片结构相似,存储过程相关的引脚可以分为电源引脚和数据引脚2类,结合前面的失效机理分析得知,与读取电路直接相关的引脚,即数据输出引脚和电源引脚,电磁敏感度相对较高。下一步将针对MR AM存储器芯片进行电磁敏感度测试实验,研究其电磁特性。2 MR AM存储器芯片的电磁敏感度测试2.1测试方法为规范集成电路电磁兼容测试标准,国际电工委员会(I n t e r n a t i o n a l E l e c t r o-t e c h n i c a l C o mm i s s i o n,I E C)提出了一系列测试方法和标准,其中包括芯片辐射发射测试和电磁敏感度测试方法。表1列出了MR AM存储模块电磁敏感度研究测试方法。集成电路中没有任何一种单一的模块存在于芯片之中。干扰注入除了直接作用核心模块外,芯片中的其他模块也会受到电磁波的影响。所以在采用D P I方法测试核心模块时,必须严格控制变量,同时也要考虑到该模块工作时所处的全部环境。干扰通常由单个引脚注入芯片内部,如果需要对多个引脚进行干扰注入,可以采用差模信号的方式进行。3-102110第1 5卷现 代 应 用 物 理表1 MR AM存储模块电磁敏感度研究测试方法T a b.1 T e s t m e t h o d f o r e l e c t r o m a g n e t i c s e n s i t i v i t y r e s e a r c h o f MR AM s t o r a g e m o d u l eT e s t t y p eI t e m sC o r e e q u i p m e n tS t a n d a r d sR a d i a t e d e m i s s i o nT EM c e l lN e a r-f i e l d s u r f a c e s c a n n i n gF C C-T EM-J M 5L a n g e r F L S 1 0 6I E C 6 1 9 6 7-2I E C 6 1 9 6 7-3E l e c t r o m a g n e t i c s e n s i t i v i t yD i r e c t p o w e r i n j e c t i o nL a n g e r P 5 0 0I E C 6 2 1 3 2-4 直接功率注入采用板外注入和板级注入2种方式。板外注入是指通过探头与管脚的贴合将干扰信号注入,这是最常用的试验方法。板级注入是指将由信号发生器生成的干扰通过同轴线缆直接注入管脚。D P I干扰注入流程如图4所示。图4 D P I注入流程F i g.4 D P I i n j e c t i o n p r o c e s s2.2测试芯片本文选取E v e r s p i n公司研发的串行MR AM芯片MR 2 5 H 2 5 6作为研究对象。芯片MR 2 5 H 2 5 6的数据存储容量为2 5 6 k b。MR 2 5 H 2 5 6测试芯片的电路由存储矩阵、写入电路、读取电路以及多种寄存器组成。图5为MR 2 5 H 2 5 6测试芯片图。(a)C h i p l o g i c l a y o u t(b)C h i p p i n d i s t r i b u t i o n(c)P h y s i c a l i m a g e o f MR 2 5 H 2 5 6 c h i p图5 MR 2 5 H 2 5 6测试芯片图F i g.5 MR 2 5 H 2 5 6 t e s t c h i p这款芯片包括电源引脚、地引脚,串行输入与串行输出引脚、时钟引脚以及3个控制引脚等8个引脚。芯片依靠S P I通信协议与单片机进行数据交换,工作电压U为D C 2.73.6 V,测试选择U为D C 3.3 V作为电源电压。2.3测试环境搭建及失效判据传导敏感度的测试对电路板设计具有一定要求,需 要 依 据 芯 片 手 册 和I E C 6 2 1 3 2-1和I E C 6 2 1 3 2-4标准对电路板进行绘制。绘制测试电路板一是为了确保待测芯片能够正常工作,二是为了保证电磁敏感度测试环境符合国际标准,使测试结果更具有准确性和一致性。采用C a d e n c e绘制测试电路板,测试电路板需要与单片机相连,因此控制信号接入测试电路板时需要对其进行去耦,因此需要增加电容实现。测试电路板为1 0 c m1 0 c m的双层板,层1即印制电路板的MR AM放置的一面。该表面上不能有其他任何导线,防止产生额外的辐射,该接地层需要根据实4-102110 吴健煜 等:磁随机存储器的电磁敏感度研究第1期际I C的封装类型延伸至MR AM下方。芯片下方的接地面和该接地层的其他部分需要隔离处理,因此利用P C B中间层的接地层和过孔来建立必要的连接。该接地层的四周需要电镀金属(镀锡、镀焊料或镀金)便于P C B和平台的底部端口边缘建立良好连接。图6为MR AM测试电路板图。图6 MR AM测试电路板图F i g.6 MR AM t e s t c i r c u i t b o a r d 图7为D P I测试平台。干扰信号是由信号源产生的正弦功率信号,经定向耦合器进入功率放大器,放大后的干扰信号通过D P I注入探头将干扰信号注入到待测引脚。干扰注入功率值由前向功率计读取,并将读取的数据经过转换得到注入功率值传输到电脑端显示。示波器用于监测失效时读取数据的波形状态,失效监测软件用于判断芯片是否失效。这里失效监测采用状态输出监测,即MR AM芯片读写状态发生“0”,“1”翻转时视为失效。(a)O v e r a l l t e s t i n g e n v i r o n m e n t(b)I n t e r f e r e n c e i n j e c t i o n s i t e l a y o u t图7 D P I测试平台F i g.7 D P I t e s t p l a t f o r m c o n s t r u c t i o n 直接功率注入需要在存储器读写过程中进行,衡量存储器是否失效的主要标准就是读取数据与写入数据是否一致,因此干扰注入必须选择在信号写入之后。根据I E C 6 2 1 3 2-4,频率选择首先参考工作时 钟 相 关 的 频 率1 8,3 6,7 2 MH z。再 从01 0 0 MH z随机选取1 0个频点进行注入测试,最终选取干扰注入频率为4,8,1 0,1 3,1 8,2 0,2 6,3 6,4 0,5 0,5 5,6 8,7 2,9 0 MH z。为提升实验对比度,需明确待测芯片失效判据,在实验过程中,当完成一次无错误写入之后,注入干扰,随后进行一次读取,当出现读取错误时停止干扰注入,如果读取正确,此时注入芯片的功率定义为该芯片的B类失效功率,该功率表征读取电路的抗干扰特性。随后关闭干扰再次进行一次读取,如果依旧读取错误,此时注入芯片的功率定义为C类失效功率,该功率表征存储单元的抗干扰特性。干扰注入功率从-1 0 d B m开始,截止功率为3 7 d B m,干扰注入功率增加步进设为0.5 d B m,干扰注入驻留时间设定为1 s。为确保芯片及控制器不被破坏,设定电源的上限流值为3 0 mA,即在没有出现读取错误且干扰注入功率没有达到3 7 d B m限值的情况下,但电源电流达到3 0 mA限值时停止干扰注入,不再增加干扰功率。表2为直接功率注入的引脚选择,包括存储器的数据引脚、电源引脚和控制引脚。表2直接功率注入的引脚选择T a b.2 D i r e c t p o w e r i n j e c t i o n p i n s e l e c t i o nN a m eP i nC o d e F u n c t i o nMR AMD a t aP o w e rG r o u n dC o n t r o lS ID a t a i nS OD a t a o u tV D DC h i p p o w e rV S SC h i p g r o u n dC SC h i p S e l e c t3测试结果与分析3.1不同引脚的电磁敏感度分析在实验过程中,全程并未出现C类失效,因此本文中所有曲线均代表B类失效曲线,表征读取电路的失效曲线。数据引脚是与MR AM存储模块关系最密切的引脚,图8为MR AM存储芯片数据引脚的电磁敏感度曲线。5-102110第1 5卷现 代 应 用 物 理(a)D a t a p i n S O e l e c t r o m a g n e t i c s e n s i t i v i t y c u r v e(b)E l e c t r o m a g n e t i c s e n s i t i v i t y c u r v e o f d a t a p i n S I图8 MR AM存储模块数据引脚的电磁敏感度曲线F i g.8 E l e c t r o m a g n e t i c s e n s i t i v i t y c u r v e o f MR AMs t o r a g e m o d u l e d a t a p i n s引脚S O是串行存储器的数据输出端,通常与存储器的读取电路紧密相关。由图8(a)可见,干扰从MR AM的数据引脚S O注入时,芯片的电磁敏感度随频率的变化呈现明显下降趋势,频率越高,S O的电磁敏感度越高,并且在6 08 0 MH z频段内,S O的电磁敏感度最低,约为6.5 d B m。实验结果表明:S O高频效应较差,与读取电路的频率响应密切相关。MT J矩阵存储数字为“1”时,S O的电磁敏感度低于其存储数字“0”时的敏感度,这说明存储器的存储内容会影响到读取电路的电磁敏感度。引脚S I是串行存储器的数据输入端。对存储器下达指令、存储数字,都要通过S I向存储器输入数据。S I通常与寄存器和写入电路相连,以确保串行输入的数据可以被存储器全部接收。由图8(b)可见,当频率低于4 0 MH z时,且存储矩阵存储数字为“0”时,S I的电磁敏感度相对稳定,随着频率的增加,电磁敏感度出现较大波动,幅度接近1 0 d B m,这说明当MT J矩阵存储数字“0”时,对写入电路的高频性能影响较大;当存储数字为“1”时,在低于4 0 MH z的频段里,写入电路的电磁敏感度波动较大,幅度接近2 0 d B m。随着频率增加,写入电路的电磁敏感度逐渐降低,这说明,MT J矩阵存储数字为“1”时,会影响写入电路的低频特性。对比图8(a)和图8(b),虽然两个引脚的电磁敏感度随频率变化呈现不同趋势,但是S I的电磁敏感度整体低于S O的电磁敏感度,这说明MR AM读取电路的电磁敏感度一定程度上影响到整个芯片的电磁敏感度。电源引脚与存储模块中各个器件相关,因此分析存储模块电源引脚的电磁敏感度对研究存储模块的电磁敏感度有重要意义。图9为MR AM存储模块电源引脚的电磁敏感度曲线。(a)S e n s i t i v i t y c u r v e o f p o w e r p i n(b)S e n s i t i v i t y c u r v e o f g r o u n d p i n图9 MR AM存储模块电源引脚的电磁敏感度曲线F i g.9 E l e c t r o m a g n e t i c s e n s i t i v i t y c u r v e o fMR AM s t o r a g e m o d u l e p o w e r p i n V D D是芯片的电源端,为芯片各模块供电。干扰从电源引脚V D D注入时,芯片的电磁敏感度随频率的变化呈现升高趋势。因为实验过程中没有出现C类失效,因此,曲线表征的是读取电路受电源引脚注入干扰的影响。由图9可见,随着注入干扰频率的增加,芯片读取电路的电磁敏感度逐渐升高,仅在2 0 3 5 MH z频段间,存储数字为“1”时,读取电路受到V D D影响的电磁敏感度低于存储矩阵存储“0”时的6-102110 吴健煜 等:磁随机存储器的电磁敏感度研究第1期敏感度,因为当存储数字为“0”时,自由层和参考层呈现平行极化的特点,这会使电流更容易穿过自由层和参考层,则当干扰通过芯片耦合进入存储模块时,串扰就会通过MT J的2个铁磁层进入读取电路的一端,同时干扰进入V D D或地引脚V S S时,会直接诱发读取电路失效,因此,在MT J呈现低阻态时,会产生更多的噪声耦合途径使读取电路的电磁敏感度升高,说明存储内容对芯片的电磁敏感度存在一定程度的影响。如图9(b)所示,当干扰从V S S注入时,存储器的电磁敏感度随频率的变化呈现升高趋势。V S S是芯片的地端,与芯片中各模块紧密相连。通过实验结果可见,当干扰从V S S注入时,在低于5 0 MH z的频段,读取电路的电磁敏感度随频率波动变化,幅度接近5 d B m。由图9可见,两个引脚的电磁敏感度曲线呈现相同趋势,并且V D D的电磁敏感度高于V S S电磁敏感度,这说明,从V D D端注入干扰对读取电路的影响更大。控制引脚对芯片电磁敏感度的影响,如图1 0所示。图1 0为MR AM存储模块控制引脚C S的电磁敏感度曲线。图1 0 MR AM存储模块控制引脚的电磁敏感度曲线F i g.1 0 E l e c t r o m a g n e t i c s e n s i t i v i t y c u r v e o fMR AM s t o r a g e m o d u l e c o n t r o l p i n s 由图1 0可见,C S的电磁敏感度随频率增加明显降低,并且存储数据对C S的电磁敏感度也有一定影响。3.2不同存储条件下电磁敏感度分析第3.1节对比了D P I注入MR AM不同类型的引脚时,芯片的电磁敏感度。本节对比芯片在存储器数字 为“0”和“1”时,各 引 脚 的 电 磁 敏 感度。图1 1为MR AM不 同存储内容 下各引脚的电磁敏感度。(a)S e n s i t i v i t y c u r v e w h e n s t o r i n g t h e n u m b e r“0”(b)S e n s i t i v i t y c u r v e w h e n s t o r i n g t h e n u m b e r“1”图1 1 MR AM在不同存储内容下各引脚的电磁敏感度曲线F i g.1 1 E l e c t r o m a g n e t i c s e n s i t i v i t y c u r v e o f MR AM u n d e rd i f f e r e n t s t o r a g e c o n d i t i o n s由图1 1(a)可见,当存储数字为“0”时,芯片S O的电磁敏感度最高,这是因为S O与读取电路直接相连,它对芯片的影响要高于其他引脚。同时,V S S的电磁敏感度低于V D D的敏感度,是因为MT J存储矩阵的写入与读取都需要V D D提供电流,而且灵敏放大器结构也受V D D的影响。实验中,V D D与S O的电磁敏感度随频率的变化呈现相同趋势,这说明从V D D与S O注入干扰引起读取电路失效的原因相同。C S整体电磁敏感度较低,并且随频率的变化其敏感度先降后升,变化幅度约为1 0 d B m。由图1 1(b)可见,当MR AM存储数字为“1”时,芯片数据引脚的电磁敏感度最高,并且S O的电磁敏感度高于S I,这与存储数字“0”时的敏感度表现相同。同时,V S S的电磁敏感度低于V D D的敏感度,而且两个引脚的传导敏感度随频率变化的趋势是相同的,这说明干扰传导至MR AM内部时存在不同耦合途径,但在芯片内引起效应是相同的。对比芯片中数据引脚、电源引脚和控制引脚的电磁敏感度可以看出:S O的电磁敏感度是最高的,V S S和C S的电磁敏感度最低,并且随着频率变化表现出稳定的变化趋势,这说明,这两个引脚与引起存储器失效的核心单元距离较远。由图1 17-102110第1 5卷现 代 应 用 物 理可见,S O的敏感度在众多引脚中最高,V D D的电磁敏感度也相对较高,这说明读取电路的电磁敏感度受V D D与S O的影响较大。4结论为了研究MR AM在复杂电磁环境下的稳定性,本文采用D P I方法对一款新型存储器的电磁敏感度测试开展了初步的实验探索。研究发现:磁隧道结在平行态具有更低的敏感度;MR AM芯片电磁敏感度影响较大的是读取电路的电磁敏感度,直接影响芯片稳定性;芯片的S O和V D D是MR AM芯片电磁敏感度较高的两个引脚。本文研究可为提升MR AM存 储 器 芯 片 抗 扰 度 的 电 路 优 化 提 供参考。参考文献 1 N GUY E N D N I R OM F R a d i a t i o n e f f e c t s o n MR AM C E u r o p e a n C o n f e r e n c e o n R a d i a t i o n&I t s E f f e c t s o n C o m p o n e n t s&S y s t e m s 2 0 0 9 2 T S I L I G I ANN I S G D I L I L L O L B O S I O A e t a l T e s t i n g a c o mm e r c i a l MR AM u n d e r n e u t r o n a n d a l p h a r a d i a t i o n i n d y n a m i c m o d e J I E E E T r a n s N u c l S c i 2 0 1 3 6 0 4 2 6 1 7 2 6 2 2 3 赵培雄 S R AM和MR AM 器件的单粒子效应研究 D 北京 中国科学院大学 2 0 2 0 Z HAO P e i-x i o n g R e s e a r c h o n s i n g l e e v e n t e f f e c t o f S R AM a n d MR AM d e v i c e s D B e i j i n g U n i v e r s i t y o f C h i n e s e A c a d e m y o f S c i e n c e s 2 0 2 0 4 KA T T I R R L I NT Z J S UN D S T ROM L e t a l H e a v y-i o n a n d t o t a l i o n i z i n g d o s e T I D p e r f o r m a n c e o f a 1 M b i t m a g n e t o r e s i s t i v e r a n d o m a c c e s s m e m o r y MR AM C I E E E R a d i a t i o n E f f e c t s D a t a W o r k s h o p I E E E 2 0 0 9 5 HE I D E C K E R J A L L E N G S HE L D ON D S i n g l e e v e n t l a t c h u p S E L a n d t o t a l i o n i z i n g d o s e T I D o f a 1 M b i t m a g n e t o r e s i s t i v e r a n d o m a c c e s s m e m o r y MR AM C I E E E R a d i a t i o n E f f e c t s D a t a W o r k s h o p I E E E 2 0 1 0 6 严进 自旋转移力矩磁性随机存储器读写电路的研究与设计 D 武 汉 华 中 科 技 大 学 2 0 1 9 YAN J i n R e s e a r c h a n d d e s i g n o f r e a d a n d w r i t e c i r c u i t f o r s p i n t r a n s f e r t o r q u e m a g n e t i c R AM D W u h a n H u a z h o n g U n i v e r s i t y o f S c i e n c e&T e c h n o l o g y 2 0 1 9 7 Z HAO W B E L HA I R E E M I S T R A L Q e t a l M a c r o-m o d e l o f s p i n