Master’s thesis contains description parameters of microcontroller ATMEGA644P, also contains differences between older and newer version of microcontrollers ATMEGA644 and ATMEGA644PA. Inside structure of microcontroller, memories and peripherals are described here. The construction of the universal microcontroller unit is main target of this thesis. The unit contains supply, A/D converter, current loop, communication interfaces, temperature sensor, accelerometer and other. The unit collects and saves data, communicates by interfaces and manages other functions. Using devices and circuits are described in this thesis. Development of software for microcontroller(firmware) are positioned to last part of this thesis. This software control functions of all parts positioned on the unit.

Cette thèse étudie divers aspects de la fiabilité des mémoires, notamment les tests en endurance et les tenues en rétention sur des mémoires Flash, en architectures NOR et NAND. Nous abordons différentes méthodes de programmation existantes dans la littérature, à savoir l'utilisation de signaux très courts et un algorithme de programmation intelligent, que nous avons appliquées sur nos cellules mémoires afin de réduire la dégradation qu'elles subissent lors des phases successives de programmation /effacement. Les améliorations observées n'étant pas significatives, nous n'avons pas choisi d'utiliser de tels signaux dans la suite de notre étude. Nous présentons également une théorie des signaux optimisés qui n'a pas été approfondie ici mais que nous avons étudiée dans une étude préalable à cette thèse. Nous présentons ensuite une modélisation des pertes de charges en rétention à partir d'équations simples de types Fowler-Nordheim et Poole-Frenkel qui se superposent et respectivement prépondérantes à des temps de rétention élevés (t>200h) et courts (t<200h). Nous proposons enfin une étude des perturbations intervenant dans une matrice mémoire, à la fois du point de vue des tensions électriques appliquées sur les cellules mais aussi du point de vue des capacités de couplages parasites. Nous avons dans un premier temps évalué les valeurs de perturbation de grille sur des cellules mémoires Flash en architecture NOR puis NAND avant de traiter des capacités parasites entre cellules dans une matrice. Nous avons été amenés à étudier ces capacités dans la cadre de l'étude des dégradations excessives des cellules inhibées lors de tests en endurance pour certaines conditions process non-optimisées. Nous avons pour cela développé une simulation TCAD bidimensionnelle à partir des étapes process réelles que nous avons ensuite calibrée sur des mesures sur silicium. Enfin cette simulation a été complétée par une prise en compte des capacités parasites de couplage, extraites sur une simulation tridimensionnelle d'une matrice 3x3 de cellules mémoires. Les valeurs de ces capacités ont été validées par des mesures sur des structures de test spécifiques et par calcul géométrique. Notre simulation bidimensionnelle émule donc un comportement tridimensionnel tout en restant dans une rapidité de calcul liée à une simulation 2D. Nous avons ainsi pu développer des simulations électriques permettant de visualiser le phénomène d'inhibition des cellules, tout au long de l'application des diverses polarisations sur la structure.

On-chip impedance tuning is used to overcome IC perturbations caused by packaging stress. Tuning is more important for matching networks of radio frequency (RF) systems. Possible package resonance and fabrication process variations may cause instability, which is a major problem in RF systems. Thus, precautions need to be taken in order to maintain the overall stability of components and the final system itself. Electrically erasable programmable read-only memory switches (EEPROMs) occupy less die area compared to e-fuses and microelectromechanical system (MEMS) switches, thus EEPROMs are proposed to be used as tuning switches in millimetre-wave (mm-wave) applications. It is anticipated that EEPROM switches will also enable multi-time programming because of the smaller area and the fact that more switches can be used for fine-tuning. The problem addressed in this research is how suitable EEPROMs are for switching applications in the mm-wave region. The main focus of this dissertation is to characterise the suitability of EEPROM switches qualitatively for tuning with systems operating in the mm-wave spectrum. 130 nm SiGe BiCMOS IBM 8HP process technology was used for simulation and the fabricated prototypes. The Dickson charge pump (CP), two voltage doubler CPs and four floating gate (FG) devices were investigated. Literature and theoretical verification was done using computer aided design (CAD) Cadence software through circuit analysis and the layouts were also designed for integrated circuit (IC) prototype fabrication. The qualitative evaluation of the hypothesis was based on investigating reliability issues, switching characteristics, CP output drive capability and mm-wave characterisation. The maximum measured drain current for FGs was 1.4 mA, 2.7 mA and 3 mA for devices 2, 3 and 4, respectively. The ratio between ON state switching current (after tunnelling) and OFF state switching current (after injection) was 1.5, 1.35 and 6 for devices 2, 3 and 4, respectively. The ratios correlated with the expected results in terms of FG transistor area: a high area results in a higher ratio. Despite the correlation, devices 2 and 3 may be unsuitable because the ratio is less than 2: a smaller ratio between the ON and OFF states could also result in higher losses. The Dickson CP achieved an output voltage of 2.96 V from an input of 1.2 V compared to 3.08 V as computed from the theoretical analysis and 4.5 V from the simulation results. The prototypes of the voltage doubler CP did not perform as expected: a maximum of 1 V was achieved compared to 4.1 – 5 V as in the simulation results. The suitability of FG devices for switching applications depends on the ratio of the ON and OFF states (associated to insertion and isolation losses): the larger the FG transistor area, the higher the ratio. The reliability issues are dominated by the oxide thickness of the transistor, which contributes to charge leakages and charge trapping: smaller transistor length causes more uncertainties. Charge trapping in the oxide increases the probability of leakages and substrate conduction, thus introduces more losses. Based on the findings of this research work, the FG devices promise to be suitable for mm-wave switching applications and there is a need for further research investigation to characterise the devices in the mm-wave region fully. AFRIKAANS : Impedansie-instelling op skyf word gebruik om steurings in geïntegreerde stroombane wat deur verpakkingstres veroorsaak word, te oorkom. Instelling is meer belangrik om netwerke van radiofrekwensiesisteme te paar. Moontlike verpakkingresonansie en variasies in die vervaardigingsproses kan onstabiliteit veroorsaak, wat ‟n groot probleem is in radiofrekwensiesisteme. Voorsorg moet dus getref word om die oorhoofse stabiliteit van komponente en die finale sisteem self te handhaaf. Elektries uitveebare programmeerbare slegs-lees-geheueskakelaars (EEPROMs) neem minder matrysarea op as e-sekerings en die sekerings van mikro-elektromeganiese sisteme en word dus voorgestel vir gebruik as instellingskakelaars in millimetergolfaanwendings. Daar word verwag dat EEPROM-skakelaars ook multi-tydprogrammering sal moontlik maak as gevolg van die kleiner area en die feit dat meer skakelaars gebruik kan word vir fyn instellings. Die probleem wat in hierdie navorsing aandag geniet, is die geskiktheid van EEPROMS vir skakelaanwendings in die millimetergolfstreek. The hooffokus van die verhandeling is om die geskiktheid van EEPROM-skakelaars kwalitatief te karakteriseer vir instelling met sisteme wat in die millimetergolfspektrum funksioneer. Department of Electrical, Electronic and Computer Engineering v University of Pretoria 130 nm SiGe BiCMOS IBM 8HP-prosestegnologie is gebruik vir simulasie en die vervaardigde prototipes. Die Dickson-laaipomp is gebruik vir simulasie en die vervaardigde prototipes. Die Dickson-laaipomp, twee spanningverdubbelinglaaipompe en vier swewendehektoestelle is ondersoek. Literatuur- en teoretiese verifikasie is gedoen met behulp van rekenaarondersteunde-ontwerp (CAD) Cadence-sagteware deur stroombaananalise en die uitleg is ook ontwerp vir die vervaardiging van geïntegreerdestroombaanprototipes. Die kwalitatiewe evaluasie van die hipotese is gebaseer op die ondersoek van betroubaarheidkwessies, skakelingeienskappe, laaipompuitsetdryfvermoë en millimetergolfkarakterisering. Die maksimum gemete dreineerstroom vir swewende hekke was 1.4 mA, 2.7 mA en 3 mA vir onderskeidelik toestelle 2, 3 en 4. Die verhouding tussen die AAN-toestand van die skakelstroom (na tonnelling) en die AF-toestand van die skakelstroom (na inspuiting) was 1.5, 1.35 en 6 vir toestelle 2, 3 en 4, onderskeidelik. Die verhoudings het ooreengestem met die verwagte resultate rakende die swewendehek-transistorareas: ‟n groot area het ‟n hoër verhouding tot gevolg. Nieteenstaande die ooreenstemming, mag toestelle 2 en 3 moontlik nie geskik wees nie, omdat die verhouding kleiner as 2 is: ‟n kleiner verhouding tussen die AAN- en AF-toestande mag ook hoër verliese tot gevolg hê. Die Dickson-laaipomp het ‟n uitsetspanning van 2.96 V vanaf ‟n inset van 1.2 V vergeleke met 3.08 V soos bereken volgens die teoretiese analise en 4.5 V volgens die simulasieresultate. Die prototipes van die spanningverdubbelinglaaipomp het nie gefunksioneer soos verwag is nie: ‟n maksimum van 1 V is bereik vergeleke met 4.1 – 5 V soos in die simulasieresultate. Die geskiktheid van swewendehektoestelle vir skakelingtoepassings hang af van die verhouding van die AAN- en AF-toestande (wat met invoer-en isolasieverlies geassosieer word): hoe groter die swewendehektransistorarea, hoe hoër die verhouding. Die betroubaarheidkwessies word oorheers deur die oksieddikte van die transistor, wat bydra tot ladinglekkasies en ladingvasvangs: korter transistorlengte veroorsaak meer onsekerheid. Ladingvasvangs in die oksied verhoog die moontlikheid van lekkasies en substraatgeleiding en veroorsaak dus groter verlies. Die bevindings van hierdie navorsing toon dat swewendehektoestelle waarskynlik geskik is vir millimetergolfaanwendings en verdere navorsing is nodig om die toestelle volledig in die millimetergolfstreek te karakteriseer. Copyright / Dissertation (MEng)--University of Pretoria, 2013. / Electrical, Electronic and Computer Engineering / unrestricted