Made available in DSpace on 2016-04-20T12:04:46Z (GMT). No. of bitstreams: 1 000478185-Texto+Completo-0.pdf: 3498426 bytes, checksum: 534aec97d6aa9dfc7b535a7f65087ae1 (MD5) Previous issue date: 2016 / Although the advancement of semiconductor technology enable the fabrication of devices with increasingly reduced propagation delay, potentially leading to higher operating frequencies, manufacturing process variability grows very aggressively in modern processes. To cope with growing variability phenomena, significant delay margins need to be added to clock signal’s periods, to ensure timing closure, which limits performance gains and constrains power efficiency. Among the several techniques that have been explored in the last decades to address these problems, three are quite relevant and promising either in isolation or combined: voltage scaling, asynchronous circuits and resilient architectures. This work investigates how voltage scaling affects circuit path delays, and produces three sets of original contributions. The first set establishes a technique to ensure that circuits synthesized with a reduced library achieve results comparable to the full library, while keeping functionality at low supply voltages. The second set of contributions composes a method to extend the voltage corners supported by standard cell libraries. This takes place through new library characterization techniques. The third set of contributions provides insights on the effects of voltage scaling in the design of resilient circuits. This analysis evaluates supply voltages in super- and sub-threshold levels. / Embora o avanço da tecnologia de semicondutores permita a fabricação de dispositivos com atrasos de propagação reduzidos, potencialmente habilitando o aumento da frequência de operação, as variações em processos de fabricação modernos crescem de forma muito agressiva. Para lidar com este problema, significativas margens de atraso devem ser adicionadas ao período de sinais de relógio, limitando os ganhos em desempenho e a eficiência energética do circuito. Entre as diversas técnicas exploradas nas últimas décadas para amenizar esta dificuldade, três se destacam como relevantes e promissoras, isoladas ou combinadas: a redução da tensão de alimentação, o uso de projeto assíncrono e arquiteturas resilientes. Este trabalho investiga como a redução de tensão de alimentação afeta os atrasos de caminhos em circuitos digitais, e produz três contribuições originais. A primeira é a definição uma técnica para garantir que circuitos sintetizados com um conjunto reduzido de células atinjam resultados comparaveis aos da biblioteca completa, mantendo a sua funcionalidade mesmo quando alimentados por tensões reduzidas. A segunda é a composição de um método para estender o suporte a níveis de tensão de alimentação para bibliotecas de células padrão providas por fabicantes de CIs, através de novas técnicas de caracterização de bibliotecas. A terceira é a análise dos efeitos do escalamento de tensão no projeto de circuitos resilientes, considerando tensões de alimentação superiores e inferiores à tensão de limiar dos transistores.

Diversos modelos teóricos para o descasamento entre dispositivos na tecnologia MOS foram propostos desde a década de ’80, sendo que geralmente estes pecam ou pela simplicidade, sendo válidos apenas sob condições de operação específicas, ou por resultarem em expressões muito complexas, o que torna necessário o uso de pesados recursos computacionais. Esta tese propõe uma abordagem inovadora para a modelagem do descasamento dos transistores de efeito de campo de porta isolada (MOSFETs), chegando a resultados melhores e mais abrangentes que outras propostas já publicadas. Para tanto, as variações microscópicas na corrente que flui pelo dispositivo, resultado das flutuações na concentração de dopantes na região ativa, são contabilizadas levando-se em conta a natureza não-linear do transistor. O resultado é um modelo compacto que prevê o descasamento com grande exatidão e de forma contínua, em todas as condições de operação do transistor, da inversão fraca à forte, e da região linear à saturação, necessitando apenas dois parâmetros de ajuste. Duas versões de circuitos de teste foram desenvolvidas e implementadas em diversas tecnologias, como forma de se obter suporte experimental para o modelo. A versão mais avançada possibilita a caracterização elétrica, de forma totalmente automática, de um grande número de dispositivos. O uso deste modelo substitui com vantagens a tradicional simulação Monte Carlo, que exige grandes recursos computacionais e consome muito tempo, além de oferecer uma excelente ferramenta de projeto manual, como é demonstrado através do desenvolvimento de um conversor digitalanalógico, cujo resultado experimental corroborou a metodologia empregada. / Many mismatch models were proposed for the MOS devices since the ‘80s, but they use either too simple approaches, being restricted to specific operating conditions, or too complex expressions, only useful through hard computational resources. This thesis proposes a new approach for MOSFETs mismatch modeling, presenting better and more general results than that found in preceding articles. In this approach, the microscopic variations of the drain current, caused by random doping fluctuation inside the channel region, are integrated along the channel, considering the main transistor nonlinearities. It results in a compact model that accurately predicts mismatch, continuously over any transistor operating condition, from weak to strong inversion, and from linear to saturation region, and only needing two fitting parameters. Two versions of a test chip were developed and fabricated in many technologies to give experimental support to this model. The most advanced of them makes the automated electrical characterization possible for a huge number of devices. This model can surpass the traditional Monte Carlo simulation method with advantages, and can also be used as a hand-design tool, as demonstrated here through the design of a digital-to-analog converter.

Orientador: Rui Fragassi Souza / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Eletrica / Made available in DSpace on 2018-07-13T23:24:21Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Paixao_OswaldoPedreira_M.pdf: 10062201 bytes, checksum: 4bd6b393db8da3d20d76ab91c9c07b5d (MD5) Previous issue date: 1991 / Resumo: Este trabalho apresenta o projeto e as técnicas de implementação de amplificadores distribuídos. para sua utilização em sistemas avançados de microondas, que operam com sinais de alta velocidade. Inicialmente, foram obtidas expressões aproximadas para o cálculo do ganho de potência e do fator de ruído destes amplificadores, que permitem avaliar o seu desempenho em freqüência e a compreender o seu mecanismo de funcionamento. Para uma análise mais rigorosa, foi desenvolvido o programa ANA, que realiza a análise nodal de CIMs lineares no domínio da freqüência, incluindo na sua análise, o efeito do ruído. O projeto final dos dois circuitos selecionados (AD710 e AD321), que empregam um arranjo unidimensional de 4 FETs, foram obtidos via otimização, utilizando o programa OTIMO. Dois amplificadores foram montados, na forma híbrida, utilizando transistores tipo MESFET de GaAs (AD710 ) e HEMT de AlGaAs/GaAs (AD321 ). Em ambos os circuitos foram utilizados substratos de alumina para a realização das linhas de microfita e para a deposição dos resistores de filme fino (NiCr). Nos circuitos do AD710 e AD321 foram medidos os parâmetros de espalhamento, com os resultados experimentais próximos dos previstos na teoria / Abstract: This work presents the design and implementation of hybrid distributed amplifiers, intendedfor advanced microwave systems that work with high velocity digital signals. Initially, approximated expressions for the computation of power gain and noise figure of these amplifiers were developed. Such equations allow the investigation of the frequency behavior and gives some insight about the working mechanism of distributed amplifiers in general. To improve the analysis a CAD program, called ANA, was developed which makes a nodal analysis of linear MICS in the frequency domain, including the noise effect. The final design of the two amplifiers investigated (AD710 and AD321), using a unidimensional array of four FETs, were obtained through an optimization program called OTIMO. Two distributed amplifiers were implemented, in hybrid structure, using GaAs MESFETs (AD710) and AlGaAs/GaAs HEMTs (AD321) transistors. Both circuits used alumina substrates to manufacture microstrip lines and NiCr thin film deposited resistors. The scaterring parameters of such circuits were measured, with good agreement with theoretical prediction / Mestrado / Mestre em Engenharia Elétrica

Dissertação (mestrado)—Universidade de Brasília, Instituto de Ciências Exatas, Departamento de Ciência da Computação, 2018. / Técnicas de projeto de circuitos digitais atualmente se baseiam principalmente em métodos top-down, que utilizam um conjunto de regras e restrições para auxiliar a construção do projeto. Por conta disso, ainda há um espaço desconhecido de soluções para vários problemas. Algoritmos genéticos, por outro lado, constroem soluções utilizando uma metodologia bottom-up, e provaram-se úteis para problemas de alta complexidade e de otimização. Este trabalho propõe uma nova abordagem para o projeto de circuitos sequenciais utilizando algoritmos genéticos para explorar soluções fora do espaço alcançado atualmente pelo estado da arte. Trabalhos recentes têm um foco grande em evoluir apenas a parte combinacional dos circuitos sequenciais, ou seja, suas funções de transição e saída. Neste projeto, armazenamento e funcionalidade são ambos levados em conta, permitindo que a evolução use dos dois para alcançar seu objetivo. Os experimentos realizados nos circuitos básicos assíncronos, em ordem crescente de complexidade, latches SR, D, XOR, JK, D multiplexada, de duas portas e BILBO, e também nos circuitos síncronos flipflop D e paridade-2, mostram que é possível encontrar soluções inovadoras, algumas com características como melhor utilização de espaço, para esses tipos de circuito. / Current digital circuit design techniques are based on top-down methods, which depend on a set of rules and restrictions made to help the design process. Because of that, there is still an unknown space of solutions for many problems. Genetic algorithms, on the other hand, build solutions by using a bottom-up methodology and have proven themselves useful for high complexity and optimization problems. This work proposes a new approach to the design of sequential circuits by using genetic algorithms to explore solutions outside the design space currently reached by the state of the art. Recent works focus mainly on evolving the combinational part of a sequential circuit, that is, its transition and output functions. In this project, both the mechanism used for storing and its functionality are taken into account, allowing the genetic algorithm to manipulate both in its search. The experiments done on the basic asynchronous circuits, in increasing complexity, SR, D, XOR, JK, multiplexed D, two port and BILBO latches, and on the synchronous circuits D flip-flop and 2 bit parity circuits show that it is possible to find novel solutions, some with improvements such as better space usage, for these kinds of circuits.

Este trabalho abor da um e studo de algoritmo s e arquiteturas de um Analisador de Interconexões. Várias alternativas possíveis são discutidas e uma análise de custo e desempenho é feita. Alguns dos algoritmos e arquiteturas propostos parecem ser novos se comparados à literatura publicada. Um dos algoritmos foi completamente simulado para auxiliar a análise de desempenho e para demonstrar a interface com o usuário em uma aplicação comercial. / This work deals with a study of algorithms and architectures of an Interconnection Analyzer. Several possible alternatives are discussed and an analysis of cost and performance is carried out. Some of the prop osed algorithms and architectures seems to be new when compared to the published literature. One of the algorithms was fully simulated to help the performance analysis and to demonstrate the user interface in a commercial application.

Dissertação apresentada para obtenção do grau de Doutor em Engenharia Electrotécnica e de Computadores, na Faculdade de Engenharia da Universidade do Porto, sob a orientação do Prof. Doutor José Alfredo Ribeiro da Silva Matos / O trabalho de investigação foi apoiado pelo Programa PRAXIS XXI - Bolsa Ciência/BD/2537/93

Tese de doutoramento. Engenharia Electrotécnica e de Computadores. Faculdade de Engenharia. Universidade do Porto, Instituto Superior de Engenharia. Instituto Politécnico do Porto. 2008

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica. / Made available in DSpace on 2012-10-22T04:44:19Z (GMT). No. of bitstreams: 1 203234.pdf: 781639 bytes, checksum: fdc1d426ecd25ed51209ceee1b3fbb99 (MD5) / A presente dissertação visa estudar o comportamento e operação de circuitos lógicos CMOS de (ultra)-baixo consumo. Envolve o dimensionamento dos transistores NMOS e PMOS que compõem os circuitos, a determinação da melhor tensão de alimentação e técnicas de polarização do poço, visando o balanceamento dos tempos de subida e descida dos circuitos e evitar desperdício de energia. Para isso, são desenvolvidas formulações analíticas para a função de transferência DC, tempos de transiente e dissipação de potência de portas lógicas estáticas. A análise do descasamento dos transistores e do efeito da dispersão tecnológica são avaliados para que se possa evitá-los ou minimizá-los. Com este intuito, técnicas de polarização do substrato são empregadas e dois circuitos de compensação são propostos. Validação das técnicas empregadas é feita com diversos circuitos e portas lógicas, através de simulações, em circuitos com componentes discretos e na forma de elementos testes em um circuito integrado fabricado especialmente para este propósito, nas tecnologias AMIS 1,5µm e TSMC 0,35µm.

Este trabalho abor da um e studo de algoritmo s e arquiteturas de um Analisador de Interconexões. Várias alternativas possíveis são discutidas e uma análise de custo e desempenho é feita. Alguns dos algoritmos e arquiteturas propostos parecem ser novos se comparados à literatura publicada. Um dos algoritmos foi completamente simulado para auxiliar a análise de desempenho e para demonstrar a interface com o usuário em uma aplicação comercial. / This work deals with a study of algorithms and architectures of an Interconnection Analyzer. Several possible alternatives are discussed and an analysis of cost and performance is carried out. Some of the prop osed algorithms and architectures seems to be new when compared to the published literature. One of the algorithms was fully simulated to help the performance analysis and to demonstrate the user interface in a commercial application.

Este trabalho abor da um e studo de algoritmo s e arquiteturas de um Analisador de Interconexões. Várias alternativas possíveis são discutidas e uma análise de custo e desempenho é feita. Alguns dos algoritmos e arquiteturas propostos parecem ser novos se comparados à literatura publicada. Um dos algoritmos foi completamente simulado para auxiliar a análise de desempenho e para demonstrar a interface com o usuário em uma aplicação comercial. / This work deals with a study of algorithms and architectures of an Interconnection Analyzer. Several possible alternatives are discussed and an analysis of cost and performance is carried out. Some of the prop osed algorithms and architectures seems to be new when compared to the published literature. One of the algorithms was fully simulated to help the performance analysis and to demonstrate the user interface in a commercial application.