A morte súbita inexplicável na epilepsia (SUDEP) ainda está sujeita a várias controvérsias na literatura. No entanto, uma das possíveis causas de óbito são as apnéias observadas durante o sono, promovendo aumento dos níveis de CO2 (hipercapnia) e/ou diminuição dos níveis de O2 (hipoxemia). Tem sido especulado que essas alterações podem estar associadas às disfunções na atividade dos neurônios quimiossensíveis localizados no tronco encefálico. Além disso, é possível que os distúrbios respiratórios poderiam envolver alterações na neurotransmissão serotoninérgica. Os neurônios quimiossensíveis, localizados no núcleo retrotrapezoide (RTN), constituem um dos principais grupamentos responsáveis por controlar a atividade respiratória. O RTN recebe uma densa inervação serotoninérgica dos vários subnúcleos da rafe. Diante das várias lacunas na literatura, sobre as alterações respiratórias como possíveis causadoras de morte inexplicável na epilepsia, o presente estudo procurou entender quais eram as possíveis alterações respiratórias e neuroanatômicas no tronco encefálico observadas em dois modelos experimentais de epilepsia: ratos Wistar audiogênicos (cepa WAR) e animais submetidos à estimulação da amígdala (kindling rápido da amígdala - ARK). Os animais WAR apresentaram uma redução da ventilação (VE) basal (332 ± 105, vs. Wistar: 505 ± 36 ml/kg/min) e uma redução da resposta ventilatória a hipercapnia (7% CO2) (813 ± 341, vs. Wistar: 1661 ± 177 ml/kg/min). No modelo ARK, observamos apenas que a resposta de taquipnéia ao aumento do CO2 foi reduzida (126 ± 6 vs controle: 143 ± 6 rpm) comparado com o grupo controle. Em outro protocolo experimental, os animais WAR foram submetidos à exposição em hipercapnia durante um período de 3 horas para a expressão da proteína fos. Nesses animais, observamos uma redução no número de neurônios imunorreativos para fos na região do RTN e na região da rafe pálido e obscurus. Por outro lado, observamos um aumento do número de neurônios imunorreativos para fos na região do locus coeruleus. Os animais WAR também apresentaram uma redução significante do número de varicosidades serotoninérgicas na superfície ventral da região do RTN, quando comparados com os ratos Wistar. Essa redução foi devida a uma redução no número de neurônios imunorreativos para serotonina na rafe pallidus e obscurus. Por fim, observamos também que aumento da VE produzida pela injeção unilateral de serotonina no RTN foi menor nos animais WAR quando comparado aos animais Wistar. No modelo de epilepsia de ARK quando submetidos à hipercapnia de 3 horas, observamos também uma redução no número de neurônios imunorreativos a expressão de fos na região do RTN e na região do núcleo do trato solitário. Da mesma maneira aos animais WAR, observamos um aumento do número de neurônios imunorreativos para fos na região do locus coeruleus. Considerando estes resultados, sugere-se que nos modelos experimentais de epilepsia utilizados no presente estudo, observamos uma redução da atividade respiratória basal e na resposta ventilatória à hipercapnia, bem como uma alteração neuroanatômica no tronco encefálico. Assim, gostaríamos de sugerir que ambos os modelos experimentais de epilepsia, utilizados no presente estudo, podem ser considerados modelos experimentais de epilepsia com o objetivo de se estudar distúrbios respiratórios e possivelmente correlacionar com mortes súbitas e inexplicáveis na epilepsia. / Unexplained sudden death in epilepsy (SUDEP) is still subject to several controversies in the literature. However, one of the possible causes of death are the apneas observed during sleep, promoting an increase in CO2 levels (hypercapnia) and/or a decrease in O2 levels (hypoxemia). It has been speculated that these changes may be associated with dysfunctions in chemosensitive neurons. In addition, it is possible that respiratory disorders may involve changes in serotonergic neurotransmission. The chemosensitive neurons located in the retrotrapezoid nucleus (RTN) are one of the main groups responsible for controlling respiratory activity. The RTN receives a dense serotonergic innervation of the various subnuclei of rafe. The present study sought to understand the possible respiratory alterations observed in two models of epilepsy: audiogenic Wistar rats (WAR strain) and rapid amygdala kindling (ARK). WAR animals showed a reduction in baseline ventilation (332 ± 105, vs. Wistar: 505 ± 36 ml/kg/min) and a reduction in hypercapnic (7% CO2) ventilatory response (813 ± 341, vs. Wistar: 1661 ± 177 ml/kg/min). In the ARK model, we only observed that the tachypnea response to CO2 was reduced (126 ± 6 vs control: 143 ± 6 rpm). In a different experimental protocol, WAR animals were exposed to hypercapnia for a period of 3 hours in order to have the fos protein expression. In these animals, we observed a reduction in the number of fos-immunoreactive neurons in the RTN region and in the raphe pallidus and obscurus. On the other hand, we observed an increase in the number of fos-immunoreactive neurons of the locus coeruleus. WAR animals also showed a significant reduction in the number of serotonergic varicosities of the ventral medullary surface. This reduction was due to a reduction in the number of serotonin-immunoreactive neurons in raphe pallidus and obscurus. Finally, we also observed that the increase in VE produced by the unilateral injection of serotonin in the RTN was lower in the WAR animals when compared to the Wistar rats. In the ARK epilepsy model submitted to 3 hour of hypercapnia, we also observed a reduction in the number of fos-immunoreactive neurons in the RTN region and in the region of the nucleus of the solitary tract. In the same way as WAR animals, we observed an increase in the number of fos-immunoreactive neurons in the locus coeruleus region. Considering these results, it is suggested that in the experimental models of epilepsy used in the present study, we observed a reduction of basal respiratory activity and hypercapnic ventilatory response, as well as a neuroanatomic changes in the brainstem. Thus, we would like to suggest that both experimental models of epilepsy used in the present study can be considered good experimental models of epilepsy in order to study respiratory disorders and possibly correlate with sudden and unexplained deaths in epilepsy.

Kyoto University (京都大学) / 0048 / 新制・課程博士 / 博士(情報学) / 甲第19137号 / 情博第583号 / 新制||情||102 / 32088 / 京都大学大学院情報学研究科通信情報システム専攻 / (主査)教授 小野寺 秀俊, 教授 髙木 直史, 教授 佐藤 高史 / 学位規則第4条第1項該当

京都大学 / 0048 / 新制・課程博士 / 博士(情報学) / 甲第19137号 / 情博第583号 / 新制||情||102(附属図書館) / 32088 / 京都大学大学院情報学研究科通信情報システム専攻 / (主査)教授 小野寺 秀俊, 教授 髙木 直史, 教授 佐藤 高史 / 学位規則第4条第1項該当 / Doctor of Informatics / Kyoto University / DFAM

Dans les technologies CMOS avancées, les défauts microscopiques localisées à l'interface Si (Nit) ou dans l'oxyde de grille (Nox) dégradent les performances des transistors CMOS, en augmentant le bruit de basse fréquence (LFN). Ces défauts sont généralement induits par le processus de fabrication ou par le vieillissement de l'appareil sous tension électrique (BTI, porteurs chauds). Dans des transistors canal SiGe ou III-V, leur densité est beaucoup plus élevé que dans le silicium et leur nature microscopique est encore inconnue. En outre, en sub 10 nm 3D comme nanofils, ces défauts répartis spatialement induisent des effets stochastiques typiques responsables de la "variabilité temporelle" de la performance de l'appareil. Cette nouvelle composante dynamique de la variabilité doit maintenant être envisagée en plus de la variabilité statique bien connu pour obtenir circuits fonctionnels et fiables. Aujourd'hui donc, il devient essentiel de bien comprendre les mécanismes de piégeage induites par ces défauts afin de concevoir et fabriquer des technologies CMOS robustes et fiables pour les nœuds de sub 10 nm. / In advanced CMOS technologies, microscopic defects localized at the Si interface (Nit) or within the gate oxide (Nox) degrade the performance of CMOS transistors, by increasing the low frequency noise (LFN). These defects are generally induced by the fabrication process or by the ageing of the device under electrical stress (BTI, Hot Carriers). In SiGe or III-V channel transistors, their density is much higher than in silicon and their microscopic nature still is unknown. In addition, in sub 10nm 3D like nanowires, these spatially distributed defects induce typical stochastic effects responsible for “temporal variability” of the device performance. This new dynamic variability component must now be considered in addition of the well-known static variability to obtain functional and reliable circuits. Therefore today it becomes essential to well understand the trapping mechanisms induced by these defects in order to design & fabricate robust and reliable CMOS technologies for sub 10nm nodes.

A miniaturização dos transistores do tipo MOS traz consigo um aumento na variabilidade de seus parâmetros elétricos, originaria do processo de fabricação e de efeitos com dependência temporal, como ruídos e degradação (envelhecimento ou aging). Este aumento de variabilidade no nível de dispositivo se converte aos níveis de circuito e sistema como uma perda de confiabilidade ou de desempenho. Neste trabalho são apresentados métodos de simulação de efeitos causados por armadilhas de cargas (charge traps), como o NBTI e o RTS. Tomando como base simuladores elétricos comerciais, foi desenvolvida uma ferramenta capaz de simular a atividade das armadilhas durante uma simulação transiente. Para tanto, foi criado um componente em Verilog-A e um software de controle escrito em Perl. Dessa forma é possível analisar o impacto de traps (armadilhas) no comportamento do circuito considerando variações ambientais como tensões de operação, bem como analisar efeitos de ruído como o RTS e de aging como NBTI. Foram então desenvolvidos estudos de caso em um inversor, em um caminho crítico com cinco níveis lógicos e em uma memória SRAM de 32 bits, onde foi feita uma análise da relação do NBTI com o histórico do sinal de estresse no circuito. Em um segundo momento foi desenvolvido um método de análise do impacto de NBTI em circuitos digitais no nível de sistema, através de simulações de SSTA. Para tal estudo foi caracterizada a biblioteca NCSU FreePDK 45nm da Nangate, considerando o tempo como um corner, e então realizando-se uma simulação de SSTA em três caminhos críticos de diferentes complexidades. A fim de estudar a acuidade obtida nas simulações realizadas no nível do sistema, também foram realizadas simulações com o simulador elétrico desenvolvido e comparados os resultados. Observou-se um aumento na acuidade das simulações no nível do sistema quando complexidade do circuito estudado aumenta. Tal comportamento é explicado através do teorema do limite central. / The downscaling of MOS transistors leads to an increase of the variability of its electrical parameters generated both by fabrication process and by time dependent effects, such as noise and ageing. This increase of the variability at the device level turns into the circuit and systems level as a loss in the reliability or performance. This thesis presents the development of simulation methods for effects caused by traps, such as NBTI and RTS. Combining commercial electrical simulators, an enhanced Verilog-A transistor model and a control software developed in Perl, a simulation tool was created. The tool properly accounts for the activity of traps during transient electrical simulations. This way it is possible to evaluate the impact of traps in the behavior of circuits taking into account environmental variations, like supply voltage fluctuations, and evaluate noise effects like RTS and aging effects like NBTI. Case studies were carried out, considering an inverter, a five stages logic path and a SRAM, where the workload dependency on NBTI was evaluated. The impact of NBTI on combinational circuits on a system level is then evaluated through SSTA simulations. In order to perform this analysis, the Nangate NCSU FreePDK 45nm library was characterized and the circuit's age was considered as a time corner. SSTA simulations were performed in three paths of different complexities and then its results were compared with the results obtained with the electrical simulator developed showing an increase of accuracy of the SSTA method as a function of the circuit's complexity. This behavior is explained by the Central Limit Theorem.

TrapSimulator é uma ferramenta didática de simulação de corrente elétrica sob efeito do ruído Random Telegraph Noise, presente nos dispositivos eletrônicos semicondutores, mais precisamente em transistores de efeito de campo. Esta ferramenta possibilita a execução de simulações rápidas, de fácil visualização e usabilidade, isto porque, além de ser um software de código aberto, disponibilizado sob licença Gnu Generic Public License, é acessível através de um simples navegador de internet. Seu propósito principal é levar ao ambiente de sala de aula, uma forma de visualização do ruído no domínio do tempo e frequência, utilizando uma infraestrutura básica, presente na maioria das universidades. TrapSimulator implementa em seu algoritmo, métodos de simulação de um vetor que representa a corrente Id(t) sob efeito de ruído citado anteriormente. Este ruído é modelo conforme o conceito Trapping De-Trapping, o qual afirma que a causa da flutuação do nível de corrente é devida a captura e emissão de portadores por defeitos localizados no dielétrico dos transistores, próximo à interface entre este e o canal ativo do dispositivo. A motivação por executar este trabalho se dá pelo interesse em contribuir com o aprendizado de estudantes de graduação da área de Engenharia Elétrica e Eletrônica. Baseando-se numa metodologia empregada no ensino tecnológico, chamada de Aprendizagem Baseada em Projetos, este trabalho propõe um processo cognitivo mais atuante, priorizando a busca mais ativa pelo conhecimento. / TrapSimulator is a current simulation didactic tool under Random Telegraph Noise effect, present in electronic semiconductor devices, more precisely in field effect transistors. This tool makes it possible to perform fast, easy-to-view and usability simulations, because it is open source, made available under a Gnu Generic Public License, accessible through a simple web browser. Its main purpose is to take the classroom environment, a way of noise visualizing in the time and frequency domain, using a basic infrastructure, present in most universities. TrapSimulator implements in its algorithm, simulation methods that represents the ID(t) current vector under noise effect quoted above. Random Telegraph Noise is modeled according to the Trapping De-Trapping concept, which establishes that current level fluctuation is due to carriers capture and emission by defects located at dielectric region, next to active channel on semi-conductor devices. The work motivation is due to the desire to contribute to the undergraduate students learning in Electrical and Electronic Engineering area. Based on methodology used in technological teaching, called Project-Based Learning, this work proposes a cognitive process more directed to making hands on, the most active search for knowledge.

Submitted by Livia Mello (liviacmello@yahoo.com.br) on 2016-10-14T13:19:28Z No. of bitstreams: 1 TeseEVL.pdf: 11027777 bytes, checksum: 41dbb4fdedb476e263115ce57e0a47fd (MD5) / Approved for entry into archive by Marina Freitas (marinapf@ufscar.br) on 2016-11-08T18:47:31Z (GMT) No. of bitstreams: 1 TeseEVL.pdf: 11027777 bytes, checksum: 41dbb4fdedb476e263115ce57e0a47fd (MD5) / Approved for entry into archive by Marina Freitas (marinapf@ufscar.br) on 2016-11-08T18:47:43Z (GMT) No. of bitstreams: 1 TeseEVL.pdf: 11027777 bytes, checksum: 41dbb4fdedb476e263115ce57e0a47fd (MD5) / Made available in DSpace on 2016-11-08T18:47:52Z (GMT). No. of bitstreams: 1 TeseEVL.pdf: 11027777 bytes, checksum: 41dbb4fdedb476e263115ce57e0a47fd (MD5) Previous issue date: 2016-08-05 / Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq) / Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP) / The exposure to periods of hypoxemia and reoxygenation, as observed in patients with obstructive sleep apnea (OSA), promotes compensatory increases in ventilation, sympathetic activity and blood pressure (BP), by mechanisms not fully understood. In the present study, we investigated the central mechanisms responsible for the cardiorespiratory changes induced by acute intermittent hypoxia (AIH; 10 episodes of 6-7% O2 for 45 sec, every 5 min hyperoxia) either in adult male rats (270-280 g) anesthetized with urethane (1.2 g / kg, ip) or in in situ working heart-brainstem preparations of juvenile male rats (65-75 g). In in situ preparations, the AIH promoted long-term facilitation (LTF), of at least 1 hour, in the phrenic nerve (PN), abdominal (AbN) and thoracic sympathetic (tSN) activities (n=9, P<0.05). In these animals, we observed that the increase in tSN activity induced by AIH occurred during the late part of expiratory period, namely late-expiratory (late-E) phase, coupled with the emergence of late-E bursts in AbN activity. Considering studies showing the role of serotonin (5-HT) as the mediator of cardiorespiratory changes elicited by AIH, we verified that ketanserin (5-HT2 antagonist) microinjections in the RTN/pFRG in anesthetized rats, during AIH exposure, prevented the increase in abdominal motor activity (ABD) evoked by AIH (n=5, P<0.05), indicating the involvement of 5-HT2 receptor of RTN/pFRG in the generation of active expiration induced by AIH. We also showed that repeated activation of 5-HT2 receptors (3x every 5 min) in the RTN/pFRG of in situ preparation, using DOI, promoted LTF of the PN, AbN and tSN activities (n=9, P<0.05). Interestingly, the increase in the late-E AbN activity induced by DOI in the RTN/pFRG was critical for the development of sympathetic overactivity during late-E phase (n=9, P<0.05), similarly to the pattern observed in in situ preparations subjected to AIH. Microinjections of vehicle in the RTN/pFRG did not change PN, AbN and tSN activities. The increase in respiratory and sympathetic activities promoted by DOI microinjection in the RTN/pFRG was associated to sensitization/facilitation of CO2- drive to breath, since the exposure to hypocapnia eliminated the respiratory activity in control in situ preparation, but not in preparation that received DOI into the RTN/pFRG (n=9, P<0.05). Furthermore, we verified that the DOI-induced sensitization in the RTN/pFRG, which was determinant for the development of respiratory and sympathetic LTF, also depended on glutamatergic neurotransmission in the RTN/pFRG (n=9, P<0.05), because microinjections of kynurenic acid (glutamate receptor antagonist) were able to eliminate the respiratory and sympathetic LTF. Indeed, we found that glutamatergic neurotransmission of the RTN/pFRG is essential for the generation of active expiration, since kynurenic microinjections in the RTN/pFRFG of control in situ preparations abolished the late-E bursts in AbN and tSN induced by hypercapnia. Altogether, our data indicate that interactions between serotonergic and glutamatergic mechanisms in the RTN/pFRG is an essential mechanism for the occurrence of active expiration and late-E sympathetic overactivity after AIH exposure. Moreover, our findings suggest that the activation of 5-HT2 receptors in the RTN/pFRG modulates the excitation of central chemoreceptors of this area, through sensitization/facilitation of glutamatergic mechanisms. / A exposição a episódios de hipoxemia seguido de reoxigenação, como observado na apneia obstrutiva do sono (AOS), promove aumentos compensatórios na ventilação, na atividade simpática e na pressão arterial (PA), por mecanismos ainda não completamente elucidados. No presente estudo, exploramos os mecanismos centrais envolvidos nas alterações cardiorrespiratórias induzidas pela hipóxia intermitente aguda (HIA; 10 episódios 6-7% O2 por 45 s, a cada 5 min de hiperóxia) em ratos adultos (270-280 g) anestesiados com uretana (1,2 g/Kg, i.p.) e ratos jovens (65-75 g) na preparação in situ coração-tronco cerebral isolados. Em preparações in situ, a HIA promoveu uma facilitação a longo prazo (LTF), com duração de, pelo menos, 1 hora, nas atividades dos nervos frênico (PN), abdominal (AbN) e simpático torácico (tSN) (n=9, P<0,05). Nestes animais, observamos que o aumento da atividade tSN ocorreu, preferencialmente, durante a fase final do ciclo expiratório, denominada de fase E- tardia. Tal aumento da atividade simpática induzido pela HIA mostrou-se associada ao aparecimento de disparos E-tardios na atividade AbN (padrão de expiração ativa). Considerando estudos que envolvem a participação da serotonina (5-HT) como mediador das alterações cardiorrespiratórias induzidas pela HIA, verificamos em ratos anestesiados que microinjeções de ketanserina (antagonista 5-HT2) no RTN/pFRG, durante HIA, preveniram o aumento da atividade motora abdominal (ABD) evocado pela HIA (n=5, P<0,05), indicando a participação dos receptores 5-HT2 do RTN/pFRG na geração de expiração ativa induzida pela HIA. Mostramos também que a ativação repetida dos receptores 5-HT2 (3x a cada 5 min) no RTN/pFRG, com o agonista DOI, promoveram LTF nas atividades PN, AbN e tSN (n=9, P<0,05) em preparações in situ. Interessantemente, o aumento da atividade E-tardia AbN, induzido por DOI no RTN/pFRG, foi determinante para o desenvolvimento de hiperatividade simpática na fase expiratória E-tardia (n=9, P<0,05), semelhante àquela observada em preparações in situ submetidas à HIA. Tal elevação das atividades PN, AbN e tSN não foram observadas após a realização de microinjeção veículo no RTN/pFRG. O aumento nas atividades respiratórias e simpática promovidas pela microinjeção de DOI no RTN/pFRG foi associado a sensibilização/facilitação da atividade respiratória dependente de CO 2, uma vez que a redução do drive respiratório, por meio da exposição à hipocapnia, aboliu a atividade respiratória em preparações in situ controle, mas não em preparações que receberam microinjeções de DOI (n=9, P<0,05). Ademais, mostramos que a sensibilização induzida por DOI no RTN/pFRG, na qual resulta no LTF das atividades respiratória e simpática, dependem da neurotransmissão glutamatérgica também no RTN/pFRG (n=9, P<0,05), uma vez que microinjeções de ácido quinurênico (antagonista dos receptores glutamatérgicos) foram capazes de reverter o LTF respiratório e simpático. De fato, a neurotransmissão glutamatérgica é essencial para a geração do padrão expiratório, em resposta à hipercapnia, uma vez que o microinjeções de ácido quinurênico no RTN/pFRG de ratos controle, durante a exposição à hipercapnia, elimina os disparos E-tardios na atividade simpática e abdominal de preparações in situ. Em conjunto, nossos resultados sugerem uma interação importante entre os mecanismos serotoninérgicos e glutamatérgicos no RTN/pFRG, na qual parece ser determinante para o aparecimento do padrão de expiração ativa e aumento da atividade simpática após à exposição à HIA. Nossos dados sugerem que a ativação dos receptores 5- HT2 do RTN/pFRG modula a excitação das células quimiossensíveis desta região, mediante facilitação de mecanismos glutamatérgicos. / FAPESP: 2014/06.976-2; 2013/17.251-6 / CNPq: 478640/2013-7

TrapSimulator é uma ferramenta didática de simulação de corrente elétrica sob efeito do ruído Random Telegraph Noise, presente nos dispositivos eletrônicos semicondutores, mais precisamente em transistores de efeito de campo. Esta ferramenta possibilita a execução de simulações rápidas, de fácil visualização e usabilidade, isto porque, além de ser um software de código aberto, disponibilizado sob licença Gnu Generic Public License, é acessível através de um simples navegador de internet. Seu propósito principal é levar ao ambiente de sala de aula, uma forma de visualização do ruído no domínio do tempo e frequência, utilizando uma infraestrutura básica, presente na maioria das universidades. TrapSimulator implementa em seu algoritmo, métodos de simulação de um vetor que representa a corrente Id(t) sob efeito de ruído citado anteriormente. Este ruído é modelo conforme o conceito Trapping De-Trapping, o qual afirma que a causa da flutuação do nível de corrente é devida a captura e emissão de portadores por defeitos localizados no dielétrico dos transistores, próximo à interface entre este e o canal ativo do dispositivo. A motivação por executar este trabalho se dá pelo interesse em contribuir com o aprendizado de estudantes de graduação da área de Engenharia Elétrica e Eletrônica. Baseando-se numa metodologia empregada no ensino tecnológico, chamada de Aprendizagem Baseada em Projetos, este trabalho propõe um processo cognitivo mais atuante, priorizando a busca mais ativa pelo conhecimento. / TrapSimulator is a current simulation didactic tool under Random Telegraph Noise effect, present in electronic semiconductor devices, more precisely in field effect transistors. This tool makes it possible to perform fast, easy-to-view and usability simulations, because it is open source, made available under a Gnu Generic Public License, accessible through a simple web browser. Its main purpose is to take the classroom environment, a way of noise visualizing in the time and frequency domain, using a basic infrastructure, present in most universities. TrapSimulator implements in its algorithm, simulation methods that represents the ID(t) current vector under noise effect quoted above. Random Telegraph Noise is modeled according to the Trapping De-Trapping concept, which establishes that current level fluctuation is due to carriers capture and emission by defects located at dielectric region, next to active channel on semi-conductor devices. The work motivation is due to the desire to contribute to the undergraduate students learning in Electrical and Electronic Engineering area. Based on methodology used in technological teaching, called Project-Based Learning, this work proposes a cognitive process more directed to making hands on, the most active search for knowledge.

A miniaturização dos transistores do tipo MOS traz consigo um aumento na variabilidade de seus parâmetros elétricos, originaria do processo de fabricação e de efeitos com dependência temporal, como ruídos e degradação (envelhecimento ou aging). Este aumento de variabilidade no nível de dispositivo se converte aos níveis de circuito e sistema como uma perda de confiabilidade ou de desempenho. Neste trabalho são apresentados métodos de simulação de efeitos causados por armadilhas de cargas (charge traps), como o NBTI e o RTS. Tomando como base simuladores elétricos comerciais, foi desenvolvida uma ferramenta capaz de simular a atividade das armadilhas durante uma simulação transiente. Para tanto, foi criado um componente em Verilog-A e um software de controle escrito em Perl. Dessa forma é possível analisar o impacto de traps (armadilhas) no comportamento do circuito considerando variações ambientais como tensões de operação, bem como analisar efeitos de ruído como o RTS e de aging como NBTI. Foram então desenvolvidos estudos de caso em um inversor, em um caminho crítico com cinco níveis lógicos e em uma memória SRAM de 32 bits, onde foi feita uma análise da relação do NBTI com o histórico do sinal de estresse no circuito. Em um segundo momento foi desenvolvido um método de análise do impacto de NBTI em circuitos digitais no nível de sistema, através de simulações de SSTA. Para tal estudo foi caracterizada a biblioteca NCSU FreePDK 45nm da Nangate, considerando o tempo como um corner, e então realizando-se uma simulação de SSTA em três caminhos críticos de diferentes complexidades. A fim de estudar a acuidade obtida nas simulações realizadas no nível do sistema, também foram realizadas simulações com o simulador elétrico desenvolvido e comparados os resultados. Observou-se um aumento na acuidade das simulações no nível do sistema quando complexidade do circuito estudado aumenta. Tal comportamento é explicado através do teorema do limite central. / The downscaling of MOS transistors leads to an increase of the variability of its electrical parameters generated both by fabrication process and by time dependent effects, such as noise and ageing. This increase of the variability at the device level turns into the circuit and systems level as a loss in the reliability or performance. This thesis presents the development of simulation methods for effects caused by traps, such as NBTI and RTS. Combining commercial electrical simulators, an enhanced Verilog-A transistor model and a control software developed in Perl, a simulation tool was created. The tool properly accounts for the activity of traps during transient electrical simulations. This way it is possible to evaluate the impact of traps in the behavior of circuits taking into account environmental variations, like supply voltage fluctuations, and evaluate noise effects like RTS and aging effects like NBTI. Case studies were carried out, considering an inverter, a five stages logic path and a SRAM, where the workload dependency on NBTI was evaluated. The impact of NBTI on combinational circuits on a system level is then evaluated through SSTA simulations. In order to perform this analysis, the Nangate NCSU FreePDK 45nm library was characterized and the circuit's age was considered as a time corner. SSTA simulations were performed in three paths of different complexities and then its results were compared with the results obtained with the electrical simulator developed showing an increase of accuracy of the SSTA method as a function of the circuit's complexity. This behavior is explained by the Central Limit Theorem.

A miniaturização dos transistores do tipo MOS traz consigo um aumento na variabilidade de seus parâmetros elétricos, originaria do processo de fabricação e de efeitos com dependência temporal, como ruídos e degradação (envelhecimento ou aging). Este aumento de variabilidade no nível de dispositivo se converte aos níveis de circuito e sistema como uma perda de confiabilidade ou de desempenho. Neste trabalho são apresentados métodos de simulação de efeitos causados por armadilhas de cargas (charge traps), como o NBTI e o RTS. Tomando como base simuladores elétricos comerciais, foi desenvolvida uma ferramenta capaz de simular a atividade das armadilhas durante uma simulação transiente. Para tanto, foi criado um componente em Verilog-A e um software de controle escrito em Perl. Dessa forma é possível analisar o impacto de traps (armadilhas) no comportamento do circuito considerando variações ambientais como tensões de operação, bem como analisar efeitos de ruído como o RTS e de aging como NBTI. Foram então desenvolvidos estudos de caso em um inversor, em um caminho crítico com cinco níveis lógicos e em uma memória SRAM de 32 bits, onde foi feita uma análise da relação do NBTI com o histórico do sinal de estresse no circuito. Em um segundo momento foi desenvolvido um método de análise do impacto de NBTI em circuitos digitais no nível de sistema, através de simulações de SSTA. Para tal estudo foi caracterizada a biblioteca NCSU FreePDK 45nm da Nangate, considerando o tempo como um corner, e então realizando-se uma simulação de SSTA em três caminhos críticos de diferentes complexidades. A fim de estudar a acuidade obtida nas simulações realizadas no nível do sistema, também foram realizadas simulações com o simulador elétrico desenvolvido e comparados os resultados. Observou-se um aumento na acuidade das simulações no nível do sistema quando complexidade do circuito estudado aumenta. Tal comportamento é explicado através do teorema do limite central. / The downscaling of MOS transistors leads to an increase of the variability of its electrical parameters generated both by fabrication process and by time dependent effects, such as noise and ageing. This increase of the variability at the device level turns into the circuit and systems level as a loss in the reliability or performance. This thesis presents the development of simulation methods for effects caused by traps, such as NBTI and RTS. Combining commercial electrical simulators, an enhanced Verilog-A transistor model and a control software developed in Perl, a simulation tool was created. The tool properly accounts for the activity of traps during transient electrical simulations. This way it is possible to evaluate the impact of traps in the behavior of circuits taking into account environmental variations, like supply voltage fluctuations, and evaluate noise effects like RTS and aging effects like NBTI. Case studies were carried out, considering an inverter, a five stages logic path and a SRAM, where the workload dependency on NBTI was evaluated. The impact of NBTI on combinational circuits on a system level is then evaluated through SSTA simulations. In order to perform this analysis, the Nangate NCSU FreePDK 45nm library was characterized and the circuit's age was considered as a time corner. SSTA simulations were performed in three paths of different complexities and then its results were compared with the results obtained with the electrical simulator developed showing an increase of accuracy of the SSTA method as a function of the circuit's complexity. This behavior is explained by the Central Limit Theorem.