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《宇航用抗辐射加固集成电路单元库设计要求》标准立项与发展报告

EnglishTitle:DevelopmentReportontheStandardizationProject:DesignRequirementsforRadiation-HardenedIntegratedCircuitCellLibrariesforAerospaceApplications

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摘要

随着我国航天事业的飞速发展，卫星、航天器及战略武器等宇航电子装备面临着日益严峻的空间辐射环境挑战。空间辐射效应是导致星载电子系统故障甚至失效的主要原因之一，而作为电子系统核心的集成电路，其抗辐射能力直接决定了整个装备的可靠性与寿命。当前，千万门乃至上亿门规模、工作频率达吉赫兹级别的高端宇航集成电路的自主研制，高度依赖于底层设计基础——集成电路单元库的质量。单元库的抗辐射加固水平是决定最终芯片产品辐射可靠性的基石。

本报告旨在阐述《宇航用抗辐射加固集成电路单元库设计要求》行业/国家标准的立项背景、核心价值与主要内容。报告指出，目前国内外尚缺乏专门针对抗辐射加固单元库设计的国家级标准，相关要求多散见于高可靠集成电路的通用设计规范中，缺乏系统性和针对性。本标准立项基于北京微电子技术研究所等国内领先单位二十余年的技术积累与工程实践，旨在系统总结从器件、电路到版图层级的抗辐射加固设计方法，规范单元库的开发流程、设计准则、验证方法与评价指标。

本标准的制定与实施，将填补该领域标准空白，为国内抗辐射加固单元库的开发提供统一、权威的技术依据，有力支撑高端宇航集成电路的自主可控与国产化替代进程，对我国航天强国战略具有重要的现实意义与长远的战略价值。

关键词：宇航电子；抗辐射加固；集成电路；单元库；标准化；设计规范；可靠性；自主可控

Keywords:AerospaceElectronics;RadiationHardening;IntegratedCircuit;CellLibrary;Standardization;DesignSpecification;Reliability;IndigenousControllability

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正文

一、立项背景与目的意义

航天器、卫星、战略武器等宇航电子装备长期运行于包含银河宇宙射线、太阳粒子事件和地球辐射带粒子等构成的复杂空间天然辐射环境中。高能带电粒子及射线作用于电子系统的集成电路，会引发单粒子效应、总剂量效应、位移损伤等多种辐射效应，导致集成电路性能退化、功能紊乱、参数漂移甚至永久性损伤，是造成在轨电子装备故障与失效的首要因素。

为确保我国宇航装备的核心关键集成电路具备先进性和自主可控能力，打破国外技术封锁与产品禁运，必须从根本上提升我国抗辐射加固集成电路的自主研制水平。而实现千万门乃至上亿门规模、工作频率达吉赫兹的高端宇航集成电路的研制，离不开高质量的集成电路单元库作为基础支撑。单元库提供了构成芯片所需的基本逻辑门、触发器、存储器单元等成百上千个经过精心设计与特性表征的底层功能单元，是集成电路设计自动化（EDA）流程的基石。

当集成电路受到空间辐射时，其内部每一个基本单元的辐射响应特性，即单元库的抗辐射加固能力，直接决定了最终芯片产品的整体抗辐射性能。因此，在单元层级进行系统性的抗辐射加固设计，开发一套高质量的宇航专用抗辐射加固单元库，是保障高端宇航芯片可靠性的核心关键环节。通过在单元设计阶段，综合运用器件级（如采用抗辐射工艺、加固器件结构）、电路级（如采用冗余设计、加固电路拓扑）和版图级（如采用保护环、冗余接触孔、间距优化）等加固设计手段，可以在可接受的面积、功耗和性能代价下，显著提升单元库的抗空间辐射能力，使其达到规定的抗辐射指标（如总剂量耐受水平、单粒子翻转阈值等），从而为上层芯片设计提供可靠的基础构件。

然而，目前国内外国家级标准体系（如GB国标、GJB国军标、IEEE标准等）均未对抗辐射加固单元库这一特定对象的设计提出系统、具体的要求。现有标准多侧重于对最终集成电路产品的可靠性保证或通用设计指导，缺乏对底层单元库这一关键中间环节的规范化约束。这种标准缺失状态，导致不同单位、不同工艺节点的抗辐射加固单元库开发质量参差不齐，设计方法不统一，验证评价体系不健全，不利于行业技术的整体提升与资源共享。

基于此，为规范行业发展，固化先进设计经验，推动我国宇航集成电路基础技术的标准化与体系化建设，亟需制定《宇航用抗辐射加固集成电路单元库设计要求》专项标准。

二、标准范围与主要技术内容

本标准拟规定宇航用抗辐射加固集成电路单元库的设计要求，适用于采用体硅或绝缘体上硅（SOI）等工艺技术、面向空间辐射环境应用的数字及数模混合信号集成电路单元库的开发、评