O sistema de energia atual passou por poucas alterações desde sua concepção original, há mais de 100 anos. No entanto, a crescente complexidade da infraestrutura e da demanda global por energia vem criando diversos desafios que a sua constituição original não previa, culminando em problemas como apagões e outras falhas no seu fornecimento. Além disso, nota-se nos últimos anos, principalmente nos países desenvolvidos, uma certa diversificação na matriz energética, incentivando a utilização de fontes de energia renováveis e distribuídas. Isto se deve não apenas ao potencial energético das, mas também visando uma menor utilização de combustíveis fósseis, devido tanto a volatilidade e tendência de alta dos preços do petróleo, mas também pela necessidade de contenção do volume de emissões de gases causadores do efeito estufa. Apesar desta defasagem do sistema de energia contemporâneo, avanços nas áreas de informática, eletrônica embarcada, além das tecnologias empregadas na construção de sensores e atuadores, têm possibilitado a criação de uma rede de energia moderna, automatizada e distribuída. Esta rede, conhecida como Mart Grid, traz novas perspectivas no gerenciamento e na operação dos sistemas de geração, transmissão e distribuição de energia elétrica, inserindo propostas que visam melhorar diversos fatores da rede de energia atual, aumentado sua eficiência, segurança e confiabilidade de transmissão, além da eliminação de obstáculos para a integração em larga escala de fontes de energia distribuídas e renováveis. Este novo paradigma é caracterizado por um fluxo bidirecional de eletricidade e de informações, afim de criar uma rede automatizada e distribuída de energia. Ele incorpora à grade os benefícios da computação distribuída e de comunicações para fornecer informações em tempo real e permitir o equilíbrio quase instantâneo da oferta e da procura dos bens energéticos. Dentro do contexto de Smart Grids, Smart Appliances são uma modernização dos aparelhos eletrodomésticos quanto a sua utilização de energia, de forma que estes sejam capazes de monitorar, proteger e ajustar automaticamente o seu funcionamento às necessidades do proprietário e a disponibilidade deste recurso. Ou seja, estes possuem não apenas características de inteligência, mas também a capacidade de utilizarem as informações disponibilizados no Smart Grid para adaptar seu funcionamento. Apesar do grande interesse despertado em torno destes conceitos, há ainda uma enorme carência de padrões e tecnologias que permitam a criação de tais aparelhos inteligentes inseridos nos ambientes domésticos e prediais. Este trabalho tem por objetivo estudar e conceituar o Smart Grid, pesquisando os grupos existentes que buscam uma padronização deste, bem como conceituar Smart Appliances, avaliando projetos e pesquisas existentes, e, principalmente, propondo uma arquitetura que permita a construção de tais dispositivos. Os requisitos necessários para a criação desta arquitetura são discutidos ao longo da dissertação, bem como as tecnologias necessárias e existentes para permitir sua proposta. Finalmente, o funcionamento bem sucedido, através de uma implementação da mesma, é demonstrado através de diferentes experimentos, avaliando como as características do Smart Grid podem ser utilizadas para criar aparelhos eletrodomésticos capazes de usarem as informações disponíveis para melhorar seu funcionamento. / Since its original conception, for over 100 years, the current energy system has experienced little changes. However, the increasing complexity of the infrastructure, together with the growing global demand for energy, have imposed many challenges that its original constitution did not foresee, which has resulted in problems such as blackouts along with other energy supply failures. Moreover, over the last few years, some diversification in energy generation has been seen, especially in developed countries, encouraging the use of distributed and renewable energy sources. Apart from the energetic potential offered by those sources, it aims to decrease the greenhouse gases emission volume, in addition to reduce dependency on fossil fuels, which tend to increase in price. Despite the lack of upgrades, improvements in the areas of computing, embedded electronics, and technologies employed in sensors and actuators assembly have enabled the creation of a modern automated and distributed power grid. This grid, better known as Smart Grid, enhances several factors of the current power network, bringing new perspectives in electricity management, operation, generation, transmission and distribution. That result in increased efficiency, transmission safety and reliability, additionally eliminating obstacles in large-scale integration of renewable and distributed energy sources. This new paradigm also features a bi-directional electricity and information flow, enabling an automated and distributed energy network that incorporates the grid benefits of distributed computing and communications to provide real-time information and allowing almost instantaneous supply and demand balance of energy goods. Within the context of Smart Grids, Smart Appliances proposes an extension of regular appliances with intelligence and self-awareness of their energy use, so that they are able to monitor, protect and automatically adjust its operation according to the owner's needs and availability of this resource. That is, besides of being smart, they feature ability to use the information available on the Smart Grid to adapt its running behavior. Even though the increased interest around these concepts, there is still a gap of standards and technologies enabling the creation and embedding of intelligent devices in residences and buildings. The present projects attempts to study and conceptualize Smart Grid, surveying existing standardization groups, as well as conceptualize Smart Appliances, evaluating existing projects and research, proposing an architecture allowing the building of such devices. The requirements for this architecture, together with the required and existing technologies to make the implementation feasible, are discussed throughout the project development. Finally, the architecture's successful functioning is demonstrated through an implementation of it, together with different experiments, relying on them to evaluate the Smart Grid characteristics and how appliances can improve their operation based on the information shared throughout the Smart Grid.

Dissertação (mestrado)—Universidade de Brasília, Faculdade de Tecnologia, Departamento de Engenharia Elétrica, 2014. / Submitted by Albânia Cézar de Melo (albania@bce.unb.br) on 2014-09-01T13:38:36Z No. of bitstreams: 1 2014_LucasAraujoPrataChrisostomo.pdf: 3097278 bytes, checksum: d76564773f12558cbcc6da41ab951070 (MD5) / Approved for entry into archive by Guimaraes Jacqueline(jacqueline.guimaraes@bce.unb.br) on 2014-09-29T11:49:49Z (GMT) No. of bitstreams: 1 2014_LucasAraujoPrataChrisostomo.pdf: 3097278 bytes, checksum: d76564773f12558cbcc6da41ab951070 (MD5) / Made available in DSpace on 2014-09-29T11:49:49Z (GMT). No. of bitstreams: 1 2014_LucasAraujoPrataChrisostomo.pdf: 3097278 bytes, checksum: d76564773f12558cbcc6da41ab951070 (MD5) / O uso de filtros analógicos em um sistema de áudio em um aparelho auditivo de processamento tem algumas vantagens quando comparado com sistemas digitais, entre eles, a relação sinal-ruído (SNR) é maior nesse tipo de tratamento e pode até mesmo melhorar quando a função usada no filtro é o primeiro dos derivativos Gaussian. Além disso, com um sistema analógico, o consumo de bateria será mais baixo, então não há nenhuma necessidade de conversores analógico/digital (ADC) e digital/analógico (DAC). Este trabalho apresenta a concepção de um sistema analógico de baixa potência para aparelhos auditivos. Para provar a ideia, vários testes foram feitos, primeiro ao nível do sistema usando o programa MATLAB, SIMULINK ferramenta e todos os sinais presentes na ferramenta mencionada e, em seguida, no nível de circuito com a ferramenta de cadência para provar o real funcionamento do sistema. Com as aproximações numéricas, conseguiu-se uma função no domínio do tempo que representa o tipo de pulso usado. Com esta nova função, uma manipulação em Laplace domínio foi feito e com o método de Padé. Foi usado para obter a função de transferência. Finalmente, a função de transferência foi representada no espaço de estado, porque tem baixa sensibilidade para variações nos valores, além de um incrível dispersão e gama dinâmica. Através de circuitos de translineares, que foi desenvolvido neste trabalho, foi implementado o filtro. Em primeiro lugar era necessário encontrar uma base matemática para a função de filtro que poderia lidar com o sinal sonoro da melhor forma possível, testes foram feitos e após a definição da função, aproximações numéricas foram feitas no domínio do tempo e de Laplace para obter a função de transferência que foi implementada no espaço de estado [1]. Finalmente, esta representação foi aplicada no circuito e sistema de níveis através de um filtro de translineares. Idealmente, você quer obter um sistema analógico que lida com o som de um ambientes de ruído e amplificação de voz do presente, ser eliminada ou pelo menos minimizar tanto quanto possível. Como pode ser visto durante o trabalho, a resposta chegada foi muito perto o desejado-do uso de ferramentas, cuja confiabilidade goza de grande aceitação entre a comunidade científica, assim, validar a metodologia proposta. ______________________________________________________________________________ ABSTRACT / The use of analog filters in a system for audio processing in a hearing aid has some advantages when compared with digital systems, among them, the signal-to-noise ratio (SNR) is greater in this type of treatment and can even improve when the function used in the filter is the first of the Gaussian derivative. In addition, with an analog system, the battery consumption will be lower, so there is no need for analog/digital converters (ADC) and digital/analog (DAC). This work present the design of a low power analog system for hearing aids. To prove the idea, several tests were made, first at system level using the program MATLAB, SIMULINK tool, and all signals present in the mentioned tool, then in the circuit level with the CADENCE tool to prove the real functioning of the system. With the numerical approximations, a function was achieved in the time domain that represents the type of pulse used. With this new function, a manipulation in the Laplace domain was made, and with the Padé method. It was used to obtain the transfer function. At last, the transfer function was represented in state space, because it has low sensitivity to variations in values, in addition to an amazing sparsity and dynamic range. Through translinear circuits, which was developed in this work, the filter was implemented. First of all it was necessary to find a mathematical basis for the filter function that could handle the audible signal the best way possible, tests were done and after the function definition, numerical approximations were made in the time domain and Laplace transform to obtain the transfer function that was implemented in the State space [1]. Finally, this representation was applied in circuit and system levels through a translinear filter. Ideally, you want to get an analog system that deals with the sound of a voice amplification and noise environments present, be eliminated or at least minimized as much as possible. As can be seen in the course of the work, the answer reached was very close to the desired-from the use of tools, whose reliability enjoys wide acceptance among the scientific community, thus validating the methodology proposed.

Este trabalho objetiva o estudo da avaliação de desempenho de partes de controle de circuitos integrados, em relação ao consumo de área em silício e atraso de propagação de sinais. Para a implementação são adotados dois diferentes estilos de leiaute (PLA e gate matrix). Para ambos os casos foi utilizado um conjunto único de regras de projeto. A análise dos circuitos visando implementação com PLA 6 é feita com base em estimativas de área e atraso deste, sendo definidas as suas células básicas. Para gate matrix, é feita a síntese de leiaute com um gerador automático de leiaute para circuitos em lógica aleatória e o atraso é estimado por modelo simplificado. A avaliação elétrica para calcular o atraso dos sinais é baseada em modelos simplificados de timing, previamente estudados, que levam em conta elementos parasitas das redes de transistores. São analisadas partes de controle de sistemas reais e máquinas de estados finitos hipotéticas. O trabalho visa propor a melhor estratégia de implementação, através da previsão do desempenho dos circuitos, em função do tamanho e complexidade (em número de portas e sinais de interface) do circuito. / The subject of this work is the performance analysis of control parts of integrated circuits, as a function of silicon area and signals propagation delay. Two different layout styles are used for implementation (PLA and gate matrix). Both of them use the same design rules. The analysis of the circuits implemented with PLA is based on area and delay estimation, with the basic cells already defined. For gate matrix, the layout synthesis is made with an automatic layout generator for random logic circuits and the delay is estimated by simplified models. The electrical evaluation to compute the delay signal is based on simplified timing models, previously studied, taking into account parasitic elements of the transistor networks. Control parts of real systems and finite state machines are analysed. This work aims to select the best implementation strategy, based on performance estimation, as a function of the size and complexity (gates and interface signals) of the circuit.

Este trabalho propõe e avalia uma nova abordagem para projeto de circuitos dedicados utilizando matrizes pré-difundidas. A principal vantagem desta abordagem, denominada Marcela, reside na decomposição lógica do circuito a ser implementado em termos de primitivas disponíveis na matriz escolhida. Aplicando-se tal procedimento, alcança-se grande flexibilidade em termos de posicionamento e roteamento, levando a uma melhor taxa de ocupação. Primeiramente, é feito um levantamento das abordagens para pré-difundidos correntemente encontradas e uma taxonomia baseada nas características mais relevantes é definida. As principais características da metodologia TRANCA são também mostradas. Leiautes gerados com os módulos TRAMO e TRAGO são analisados e algumas modificações na metodologia são sugeridas, visando uma exploração mais eficiente dos dois níveis de metal. As bases para o desenvolvimento da abordagem Marcela são então descritas. A abordagem consiste de uma nova arquitetura para pré-difundidos e uma estratégia específica de ocupação. As principais características da matriz de propósito geral Marcela, primeira a ser definida, são a ausência de canais de roteamento, com as conexões sendo realizadas sobre as células, e a utilização de quatro tipos de células básicas, cada uma dedicada à implementação de uma função lógica primitiva. As células básicas estão organizadas em unidades básicas, as quais são repetidas regularmente para formar a matriz, numa abordagem denominada mar de células. O problema do assinalamento de células e suas particularidades são solucionados utilizando-se uma combinação entre alocação sequencial e técnicas de particionamento. Primeiro, é alocada a mínima superfície da matriz capaz de comportar o circuito em questão, numa fase chamada pré-assinalamento. Na fase de otimização, partições são geradas respeitando a integridade das unidades básicas e trocas de células são realizadas entre os blocos de cada nova partição, em dois passos: trocas individuais, enquanto o bloco de destino não estiver cheio, e trocas de pares. Para o roteamento, foi desenvolvida no CPGCC/UFRGS uma ferramenta específica para ser utilizada em leiautes gerados segundo a metodologia TRANCA. Esta ferramenta, denominada MARTE [JOH 92a][JOH 92b], emprega o algoritmo de Lee básico com algumas modificações, tal como a geração de doglegs para trocas entre trilhas adjacentes. Com a finalidade de validar a abordagem, foram implementados alguns circuitos utilizando a abordagem Marcela e uma abordagem sea-of-gates tradicional. Para circuitos pequenos, tal como um flip-flop D, Marcela produziu uma melhor distribuição de conexões, a qual resulta em aumento da transparência. Porém, a taxa de ocupação encontrada foi menor do que a do circuito projetado com sea-of-gates. Por outro lado, para circuitos de complexidade maior, a área ocupada pode resultar bem menor do que no caso de se usar sea-of-gates, desde que sejam realizadas transformações lógicas apropriadas sobre a descrição equivalente Marcela ou uma matriz conveniente seja escolhida. Exemplos de leiautes desenvolvidos mostram que taxas de ocupação tão altas quanto 75% são atingidas. Finalmente, da observação de circuitos gerados automaticamente, foram tiradas conclusões sobre modificações na arquitetura da matriz e nos algoritmos, de forma a melhorar as taxas de ocupação para qualquer tipo de circuito. / This work proposes and evaluates a new approach for the design of ASICs using prediffused masterslices. The main advantage of this approach, called Marcela, relles on logic decomposition of the circuit to be implemented into the chosen masterslice available primitives. By applying this procedure, a great placement and routing flexibility is achieved, thus leading to a better transistor utilization rate. First, a survey on current prediffused approaches is done and an specific taxonomy is defined based on the main important features encountered. Also the main features of TRANCA methodology are shown. Layouts generated using TRAGO and TRAMO modules are analyzed and some modifications in the methodology are suggested, in order to better exploit both first and second metal layers. Marcela approach development basis are described. The approach consists of a new prediffused architecture and an specific occupation strategy. The main architectural features of the general purpose Marcela masterslice are the absence of routing channels, with the connections running over the cells, and the utilization of four types of basic cells, each of them dedicated to perform one primitive logic function. Basic cells are organized into basic units, which are spread a11 over the masterslice, in a so called sea-of-cells approach. The assignment problem and its peculiarities are solved by using a combination of sequential cell allocation and quadrature partition techniques. But first of all, a minimum masterslice area is allocated in a phase called preassignment. In the optimization phase, partitions are generated respecting basic units integrity and cell interchanges are applied to each new partition, following two steps: individual changes, while the target block is not, full. and pairwise interchange. For the routing problem, an specific tool has been developed at CPGCC/UFRGS for any module generator in which TRANCA methodology is applied. This tool, called MARTE [JOH 92a][JOH 92b], employs a basic Lee algorithm with some modifications as dogleg generation for changes between adjacent tracks. In order to validate the approach, some circuits have been implemented using a traditional sea-of-gates and Marcela approaches. For small circuits, as a D flip-flop, Marcela approach has produced a better wiring distribution, which results in increase of transparency. But the occupation rate was found to be smaller than that of the sea-of-gates approach. On the other hand, for more complex circuits the amount of used area can be smaller than that of sea-of-gates case, since appropriate logic transformations are applied to the Marcela logic equivalent or a well suit masterslice is used. Implemented examples show that utilization rates as high as 0.75 are achieved. Finally, from the observation of automatically generated layouts some modifications in masterslice architecture and in the algorithms are figured out.

Neste trabalho é desenvolvida uma ferramenta de dimensionamento de portas lógicas para circuitos integrados, utilizando técnicas de otimização de problemas baseadas em Programação Geométrica (PG). Para dimensionar as portas lógicas de um circuito, primeiramente elas são modeladas usando o modelo de chaves RC e o atraso é calculado usando o modelo de Elmore, que produz funções posinomiais possibilitando a resolução do problema por programação geométrica. Para cada porta é utilizado um fator de escala que multiplica a largura dos seus transistores, onde as variáveis que representam os fatores de escala são as variáveis de otimização do problema. O dimensionador de portas desenvolvido neste trabalho é para circuitos CMOS e é parametrizável para diversas tecnologias de fabricação CMOS. Além disso, a otimização pode ser feita de duas maneiras, minimizando o atraso restringindo a área do circuito ou, minimizando a área e restringindo o atraso do circuito. Para testar o dimensionador de portas foram consideradas duas tecnologias de fabricação diferentes, 45nm e 350nm, onde os resultados foram comparados com o dimensionamento fornecido em uma típica biblioteca de células. Para a tecnologia de 45nm, o dimensionamento de portas minimizando o atraso, fornecido pelo método proposto neste trabalho, obteve uma redução, em média, de 21% no atraso, mantendo a mesma área e potência do dimensionamento fornecido pela biblioteca de standard cells. Após, fez-se uma otimização de área, ainda considerando a tecnologia de 45nm, onde o atraso é restrito ao valor encontrado na minimização de atraso. Essa otimização secundária resultou em uma redução média de 28,2% em área e 27,3% em potência, comparado aos valores dados pela minimização de atraso. Isso mostra que, ao fazer a minimização de atraso seguida da minimização de área, ou vice-versa, encontra-se o menor atraso e a menor área para o circuito, onde uma otimização não impede a outra. As mesmas otimizações foram feitas para a tecnologia de 350nm, onde o dimensionamento de portas considerando a minimização de atraso obteve uma redução, em média, de 4,5% no atraso, mantendo os valores de consumo de potência e área semelhantes aos valores dados pelo dimensionamento fornecido em uma biblioteca comercial de células em 350nm. A minimização de área, feita em seguida, restringindo o atraso ao valor dado pela minimização de atraso foi capaz de reduzir a área em 29,9%, em média, e a potência em 28,5%, em média. / In this work a gate sizing tool is developed using problem optimization techniques based on Geometric Programming. To size the gates in a circuit, first, the logic gates are modeled using the RC switch model and the delay is calculated using Elmore delay model, which produces posynomial functions, enabling the problem solution by geometric programming. For each port a scale factor is set that multiplies the transistors width, where the variables that represent the scale factors are the problem optimization variables. Gate sizing developed in this work is for CMOS circuits and is configurable to several CMOS manufacturing technologies. Moreover, the optimization can be done in two ways, minimizing delay restricting area or by minimizing area restricting circuit delay. In this work, gate sizing tests were made considers two different technologies, 45nm and 350nm, where the results were compared with the sizing available in a typical standard-cell library. For 45nm technology, the gate sizing proposed in this work considering delay minimization, obtained a reduction, in average, of 21% in delay, keeping the same area and power values of the sizing provided by standard-cells library. After, it was made an area optimization restricting delay to the value found at delay minimization. This optimization allowed an average reduction of 28.2% in area and 27.3% in power consumption, compared to the values obtained by delay minimization. This shows that by making the minimization of delay followed by the minimization of area, the smallest delay and the smallest area for the circuit is found, where an optimization does not prevent the other. The same optimizations were made for 350nm technology, where gate sizing considering delay minimization achieved a reduction, on average, of 4.5% in delay, keeping power consumption and area values similar to the values given using the sizes found in a commercial standard-cell library in 350nm. The area minimization, restricting delay to the value given by delay minimization, was able to reduce the area in 29.9% and power at 28.5%, on average.

Os ROBDDs são estruturas utilizadas com sucesso em ferramentas de CAD para microeletrônica. Estas estruturas permitem a representação canônica de funções booleanas ao se estabelecer um ordenamento fixo de variáveis. No contexto de um gerador automático de células lógicas para circuitos integrados, os ROBDDs podem servir de base para a derivação de redes de transistores cujo comportamento elétrico equivale ao comportamento lógico de uma função booleana desejada. Nas redes de transistores derivadas de ROBDDs, o posicionamento relativo dos transistores é determinado pelo ordenamento de variáveis. O efeito do reordenamento de transistores já foi estudado na década de noventa e sabe-se de sua influência sobre características de área, atraso e potência de um circuito digital. Entretanto, estes estudos limitam-se à topologia CMOS complementar série/paralelo, que é a topologia de redes de transistores mais comum. Neste trabalho, explora-se o efeito do reordenamento de variáveis nas características de área e atraso de circuitos mapeados com seis famílias lógicas diferentes, cujas células constituem redes de transistores derivadas de ROBDDs. Em geral, os resultados dos experimentos indicam que, para estas famílias lógicas, selecionar ordenamentos, onde transistores controlados por sinais mais críticos posicionam-se relativamente mais próximos à saída da célula, pode levar ao mapeamento de circuitos com atraso 16,4% inferior, em média, ao atraso do circuito equivalente com ordenamentos selecionados para obtenção da menor área possível e ignorando-se os atrasos de chegada nas entradas de uma célula. / The ROBDDs are structures that have been successfully used in CAD tools for microelectronics. These structures allow canonical representation of boolean functions when established a fixed variable ordering. In the context of an automatic logic cell generator for integrated circuits, ROBDDs may serve as a base for deriving transistor networks from which electrical behavior is equivalent to the logic behavior of a specified boolean function. With ROBDD derived transistor networks, the relative placement of transistors is determined by variable ordering. The effect of transistor reordering was already studied in the nineties and we know about its influence over area, delay and power characteristics of an integrated circuit. However, these studies were limited to complementary series/parallel CMOS topology, which is the standard for transistor networks topology. In this work, the effect of variable reordering is explored over area and delay characteristics of circuits mapped to six different logic families, where cells are designed with ROBDD derived transistor networks. Experimental results indicate that, in general, placing transistors controlled by the most critical signals closer to cell output may lead to a circuit mapping with an average 16.4% less delay than an equivalent circuit where orderings for smallest possible area are selected and input arrival times of a cell are ignored.

A crescente evolução das tecnologias de fabricação de circuitos integrados demanda o desenvolvimento de novas ferramentas de CAD. O desenvolvimento tradicional de circuitos digitais a nível físico baseia-se em bibliotecas de células. Estas bibliotecas de células oferecem certa previsibilidade do comportamento elétrico do projeto devido à caracterização prévia das células. Além disto,diferentes versões para cada célula são requeridas de forma que características como atraso e consumo sejam atendidos, aumentando o número de células necessárias em uma bilioteca. A geração automática de leiautes é uma alternativa cada vez mais importante para a geracão baseada em células. Este método implementa transistores e conexões de acordo com padrões que são definidos em algoritmos sem as limitações impostas pelo uso de uma biblioteca de células. A previsibilidade em leiautes gerado automaticamente é oferecida por ferramentas de análise e estimativa. Estas ferramentas devem ser aptas a trabalhar com estimativas do leiaute e gerar informações relativas a atraso, potência e área. Este trabalho inclui a pesquisa de novos métodos de síntese física e a implementação de um gerador automático de leiautes cujas células são geradas no momento da síntese do leiaute. A pesquisa investiga diferentes estratégias de disposição dos componentes (transistores, contatos e conexões) em um leiaute e seus efeitos na ocupação de área e no atraso e de um circuito. A estratégia de leiaute utilizada aplica técnicas de otimização de atraso pela integração com uma técnicas de dimensionamento de transistores. Isto é feito de forma que o método de folding permita diferentes dimensionamentos para os transistores. As principais características da estratégia proposta neste trabalho são: linhas de alimentação entre bandas, roteamento sobre o leiaute (não são utilizados canais de roteamento) e geração de leiautes visando a redução do atraso do circuito pela aplicação da técnica de dimensionamento ao leiaute e redução do comprimento médio das conexões. O fato de permitir a implementação de qualquer combinação de equações lógicas, sem as restrições impostas pelo uso de uma biblioteca de células, permite a síntese de circuitos com uma otimização do número de transistores utilizados. Isto contribui para a diminuição de atrasos e do consumo, especialmente do consumo estático em circuitos submicrônicos. Comparações entre a estratégia proposta e outros métodos conhecidos são apresentadas de forma a validar a proposta apresentada. / The evolution of integrated circuits technologies demands the development of new CAD tools. The traditional development of digital circuits at physical level is based in library of cells. These libraries of cells offer certain predictability of the electrical behavior of the design due to the previous characterization of the cells. Besides, different versions of each cell are required in such a way that delay and power consumption characteristics are taken into account, increasing the number of cells in a library. The automatic full custom layout generation is an alternative each time more important to cell based generation approaches. This strategy implements transistors and connections according patterns defined by algorithms. So, it is possible to implement any logic function avoiding the limitations of the library of cells. Tools of analysis and estimate must offer the predictability in automatic full custom layouts. These tools must be able to work with layout estimates and to generate information related to delay, power consumption and area occupation. This work includes the research of new methods of physical synthesis and the implementation of an automatic layout generation in which the cells are generated at the moment of the layout synthesis. The research investigates different strategies of elements disposition (transistors, contacts and connections) in a layout and their effects in the area occupation and circuit delay. The presented layout strategy applies delay optimization by the integration with a gate sizing technique. This is performed in such a way the folding method allows individual discrete sizing to transistors. The main characteristics of the proposed strategy are: power supply lines between rows, over the layout routing (channel routing is not used), circuit routing performed before layout generation and layout generation targeting delay reduction by the application of the sizing technique. The possibility to implement any logic function, without restrictions imposed by a library of cells, allows the circuit synthesis with optimization in the number of the transistors. This reduction in the number of transistors decreases the delay and power consumption, mainly the static power consumption in submicrometer circuits. Comparisons between the proposed strategy and other well-known methods are presented in such a way the proposed method is validated.

Com a crescente demanda por produtos eletrônicos de consumo de alta complexidade, o mercado necessita de um rápido ciclo de desenvolvimento de produto com baixo custo. O projeto de equipamentos eletrônicos baseado no uso de núcleos de propriedade intelectual ("IP cores") proporciona flexibilidade e velocidade de desenvolvimento dos chamados "sistemas num chip". Entretanto, os custos do teste destes sistemas podem alcançar um percentual significativo do valor total de produção, principalmente no caso de sistemas contendo "IP cores" analógicos ou "mixed-signal". Técnicas de teste embarcado (BIST e DFT) para circuitos analógicos, embora potencialmente capazes de minimizar o problema, apresentam limitações que restringem seu emprego a casos específicos. Algumas técnicas são dependentes do circuito, necessitando reconfiguração do circuito sob teste, e não são, em geral, utilizáveis em RF. No ambiente de "sistemas num chip", como recursos de processamento e memória estão disponíveis, eles poderiam ser utilizados durante o teste. No entanto, a sobrecarga de adicionar conversores AD e DA pode ser muito onerosa para a maior parte dos sistemas, e o roteamento analógico dos sinais pode não ser possível, além de poder introduzir distorção do sinal. Neste trabalho um digitalizador simples e de baixo custo é usado ao invés de um conversor AD para possibilitar a implementação de estratégias de teste no ambiente de "sistemas num chip". Graças ao baixo acréscimo de área analógica do conversor, múltiplos pontos de teste podem ser usados. Graças ao desempenho do conversor, é possível observar características dos sinais analógicos presentes nos "IP cores", incluindo a faixa de freqüências de RF usada em transceptores para comunicações sem fio. O digitalizador foi utilizado com sucesso no teste de circuitos analógicos de baixa freqüência e de RF. Como o teste é baseado no domínio freqüência, características nãolineares como produtos de intermodulação podem também ser avaliadas. Especificamente, resultados práticos com protótipos foram obtidos para filtros de banda base e para um mixer a 100MHz. A aplicação do conversor para avaliação da figura de ruído também foi abordada, e resultados experimentais utilizando amplificadores operacionais convencionais foram obtidos para freqüências na faixa de áudio. O método proposto é capaz de melhorar a testabilidade de projetos que utilizam circuitos de sinais mistos, sendo adequado ao uso no ambiente de "sistemas num chip" usado em muitos produtos atualmente. / With the ever increasing demands for high complexity consumer electronic products, market pressures demand faster product development and lower cost. SoCbased design can provide the required design flexibility and speed by allowing the use of IP cores. However, testing costs in the SoC environment can reach a substantial percent of the total production cost. Analog testing costs may dominate the total test cost, as testing of analog circuits usually require functional verification of the circuit and special testing procedures. For RF analog circuits commonly used in wireless applications, testing is further complicated because of the high frequencies involved. In summary, reducing analog test cost is of major importance in the electronic industry today. BIST techniques for analog circuits, though potentially able to solve the analog test cost problem, have some limitations. Some techniques are circuit dependent, requiring reconfiguration of the circuit being tested, and are generally not usable in RF circuits. In the SoC environment, as processing and memory resources are available, they could be used in the test. However, the overhead for adding additional AD and DA converters may be too costly for most systems, and analog routing of signals may not be feasible and may introduce signal distortion. In this work a simple and low cost digitizer is used instead of an ADC in order to enable analog testing strategies to be implemented in a SoC environment. Thanks to the low analog area overhead of the converter, multiple analog test points can be observed and specific analog test strategies can be enabled. As the digitizer is always connected to the analog test point, it is not necessary to include muxes and switches that would degrade the signal path. For RF analog circuits, this is specially useful, as the circuit impedance is fixed and the influence of the digitizer can be accounted for in the design phase. Thanks to the simplicity of the converter, it is able to reach higher frequencies, and enables the implementation of low cost RF test strategies. The digitizer has been applied successfully in the testing of both low frequency and RF analog circuits. Also, as testing is based on frequency-domain characteristics, nonlinear characteristics like intermodulation products can also be evaluated. Specifically, practical results were obtained for prototyped base band filters and a 100MHz mixer. The application of the converter for noise figure evaluation was also addressed, and experimental results for low frequency amplifiers using conventional opamps were obtained. The proposed method is able to enhance the testability of current mixed-signal designs, being suitable for the SoC environment used in many industrial products nowadays.

O crescente avanço nas mais diversas áreas da eletrônica, desde instrumentação em baixa freqüência até telecomunicações operando em freqüências muito elevadas, e a necessidade de soluções baratas em curto espaço de tempo que acompanhem a demanda de mercado, torna a procura por circuitos programáveis, tanto digitais como analógicos, um ponto comum em diversas pesquisas. Os dispositivos digitais programáveis, que têm como grande representante os Field Programmable Gate Arrays (FPGAs), vêm apresentando um elevado e contínuo crescimento em termos de complexidade, desempenho e número de transistores integrados, já há várias décadas. O desenvolvimento de dispositivos analógicos programáveis (Field Programmable Analog Arrays – FPAAs), entretanto, esbarra em dois pontos fundamentais que tornam sua evolução um tanto latente: a estreita largura de banda alcançada, conseqüência da necessidade de um grande número de chaves de programação e reconfiguração, e a elevada área consumida por componentes analógicos como resistores e capacitores, quando integrados em processos VLSI Este trabalho apresenta uma proposta para aumentar a faixa de freqüências das aplicações passíveis de serem utilizadas tanto em FPAAs comerciais quanto em outros FPAAs, através da utilização de uma interface de translação e seleção de sinais, mantendo características de programabilidade do FPAA em questão, sem aumentar em muito sua potência consumida. A proposta, a simulação e a implementação da interface são apresentadas ao longo desta dissertação. Resultados de simulação e resultados práticos obtidos comprovam a eficácia da proposta. / The increasing advance in several areas of electronics, from low frequency instrumentation to telecommunications operating in very high frequencies, and the necessity of low cost solutions in a short space of time, following the demand of the market, makes the search for digital and analog programmable circuits a common point in many researches. Digital programmable devices, which have as a great representant Field Programmable Gate Arrays (FPGAs) devices, have shown a high and continuous increase in terms of complexity, performance and number of integrated transistors for many decades. The development of analog programmable devices (Field Programmable Analog Arrays – FPAAs), however, stops in two fundamental points that make their evolution slow: the narrow bandwidth reached, consequence of the necessity of a great number of programming and configuration switches, and the huge area occupied for analog components as resistors and capacitors, when integrated in a VLSI process. This work presents a proposal to increase the frequency range of the applications that can be used also with commercials FPAAs and others FPAAs, through the use of an interface to translate and select signals, keeping the programmability characteristics of the FPAA, without increasing so much the dissipated power. The proposal, simulation and implementation of the interface are presented in this dissertation. The simulations and practical results obtained show the proposal efficiency.

Atualmente, os sistemas eletrônicos integrados seguem o paradigma do projeto baseado em núcleos de hardware. Além de núcleos digitais, tais sistemas podem incluir núcleos analógicos, que, neste caso, dominam os requisitos de teste, como tempo de teste e número adicional de pinos. Consequentemente, há um aumento do custo total de manufatura do dispositivo. O presente trabalho propõe o uso de técnicas de autoteste integrado (BIST) analógico, baseado no reuso de núcleos digitais presentes no mesmo sistema, com objetivo de reduzir os custos relativos ao teste do sistema. Além disso, uma estratégia satisfatória requer um adequado planejamento de teste, de forma a melhor explorar as possibilidades de teste simultâneo de mais de um núcleo e o escalonamento do teste de cada um destes, diminuindo custos associados ao teste. Adaptando uma ferramenta computacional voltada ao planejamento de sistemas compostos exclusivamente de núcleos digitais para o universo dos sistemas mistos e considerando a possibilidade do uso de BIST, pode-se avaliar o impacto da estratégia proposta em termos de tempo de teste, acréscimo de área em virtude das estruturas de teste e pinos extras. Restrições de dissipação de potência também são consideradas. Para validação das hipóteses levantadas, sistemas mistos foram descritos a partir de benchmarks industriais e acadêmicos puramente digitais, através da inclusão de núcleos analógicos. Os resultados obtidos através de simulações com a ferramenta apontam para uma redução no tempo de teste e otimização de custos de pinos e área, além da redução no custo de equipamentos automatizados de teste (ATE), para o caso de teste de produção. Com isso, uma redução no custo total do procedimento de teste de tais sistemas pode ser alcançada. / Currently, integrated electronic systems follow the core-based design paradigm. Such systems include not only digital circuits as internal blocks, but also analog circuits, which dominate test resources, such as testing time, extra pins and overhead area, thus increasing the total manufacture cost of these devices. The present work proposes the application of analog Built-in Self Test (BIST) techniques based on the reuse of available digital cores within the same integrated system, aiming to reduce the test costs of the analog cores. Moreover, a satisfactory strategy requires an adequate test planning, so that the design space is better explored. By adapting a software tool, which was originally designed for test planning of exclusively digital SOC, to consider analog cores, as well as the possibility of BIST, one can evaluate the impact of the proposed strategy in terms of test application time, area overhead due to test structures added and extra pins. Power dissipation restrictions may also be taken into account. In order to validate the hypotheses considered, mixed-signal systems are described from digital industrial and academic benchmarks, just adding analog cores. Through simulation with the adapted tool, the obtained results point to a decrease in the system test time, as well as a reduction in the cost of Automatic Test Equipment (ATE), in case of a production test. Thus, a reduction in the overall cost of the test procedure for such devices can be achieved.