Orientadores: Jacobus Willibrordus Swart, Jader Alves de Lima Filho / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Eletrica e de Computação / Made available in DSpace on 2018-08-15T17:45:20Z (GMT). No. of bitstreams: 1 ZampronhoNeto_Fernando_M.pdf: 5842798 bytes, checksum: 248329a719c06d1a00d97f94590f1b92 (MD5) Previous issue date: 2009 / Resumo: Este trabalho tem como objetivo o estudo de uma arquitetura de regulador de tensão do tipo multi-fase para alimentação de microprocessadores, os quais demandam pequena variação em sua tensão, mesmo face aos seus agressivos transitórios de corrente. O estudo engloba a análise, que descreve as vantagens e desvantagens de topologias de reguladores chaveados, o projeto, a simulação, a fabricação e a caracterização experimental do regulador. Na etapa de projeto, uma nova abordagem no dimensionamento do filtro externo LC é apresentada, considerando-se seus respectivos elementos parasitas, a partir da introdução do parâmetro .fator de não idealidade., ou n, que é compreendido no intervalo [0, 1]. Quanto mais n se aproxima da unidade, menores serão os elementos parasitas do filtro, facilitando a escolha dos capacitores e indutores no mercado. Adicionalmente, é proposta uma técnica de projeto do compensador em freqüência, aplicada em topologias realimentadas por tensão. Esta consiste na soma de sua tensão de saída com a diferença de potencial entre dois de seus nós internos, que ocorre apenas durante o transitório de carga, reduzindo o tempo de resposta do regulador. Simulações mostraram uma queda de mais de 25% na ondulação da tensão de carga utilizando esta técnica, em comparação com a solução convencional. O processo, simulador e modelos utilizados neste trabalho são, respectivamente, o AMS H35, PSPICE e Bsim3v3. O layout do regulador foi feito via Mentor Graphics e possui área efetiva de 0,444mm2. A fabricação na foundry AMS foi viabilizada pelo programa multi-usuário da FAPESP. A caracterização experimental compara o tempo de resposta do regulador nas mesmas condições da etapa de simulação. Resultados experimentais indicaram uma redução de 96,1% na ondulação da tensão de carga durante seu transitório de corrente utilizando a técnica proposta, em comparação a solução convencional, validando a nova técnica de projeto do compensador em freqüência. O presente trabalho é concluído enfatizando-se os objetivos alcançados e principais resultados experimentais obtidos, dificuldades de projeto e limitações da arquitetura do regulador chaveado estudada / Abstract: This work aims to study the topology of multi-phase voltage regulators applied to microprocessors, where only tiny variations in the supply voltage are allowed, even when facing aggressive current transients. This study consists in the analysis, which describes the advantages and disadvantages of switched voltage regulator topologies, design, simulation, layout and experimental characterization of the proposed regulator. In the design phase, a new approach in sizing the external LC filter is herein described, considering their stray elements, through the introduction of the .non ideality. parameter, or n, which is valid within interval [0,1]. As more as n approaches unity, less parasitic elements the filter will have, easing the choice of the capacitors and inductors commercially available. In addition to this, a new technique applied to voltage feedback topologies is proposed, which consists in adding the output voltage of the frequency compensator to a voltage between two of its internal nodes. With such an approach, the response time of the regulator to load transients decreases. Simulation results show a reduction over 25% in the output voltage ripple using this new approach, when comparing to the traditional solution. The process, simulator and models used in this work are, respectively, AMS H35, PSPICE and Bsim 3v3. The layout of the regulator was edited through Mentor Graphics, and it has an effective area of 0.444mm2. The fabrication in foundry AMS was done by multi-user program of FAPESP. The experimental characterization compares the response time of the regulator in the same conditions of simulation phase. Experimental results indicated a 96,1% reduction in load voltage ripple during transient, when comparing the purposed technique with the traditional solution, validating the excellent performance of the regulator with the new design technique. This work is concluded by emphasizing the reached objectives and main experimental results reached, design difficulties and limitations of the switched-regulator architecture studied / Mestrado / Eletrônica, Microeletrônica e Optoeletrônica / Mestre em Engenharia Elétrica

Orientadores: Jacobus Willibrordus Swart, Jader Alves de Lima Filho / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Eletrica e de Computação / Made available in DSpace on 2018-08-15T22:10:27Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Mansano_AndreLuisRodrigues_M.pdf: 2816553 bytes, checksum: 2746391c004342d1e0c2d8c4c2f507e8 (MD5) Previous issue date: 2009 / Resumo: Neste trabalho de Mestrado, foi projetado um conversor DC/DC charge-pump (CP) duplicador de tensão para corrente de carga máxima de 20mA, e que necessita de circuitos de controle para o apropriado acionamento das chaves, regulação de tensão e proteção do estágio duplicador de tensão. O sistema de controle projetado é composto por um circuito de regulação linear (CRL), um regulador Skip, um limitador de corrente (LC) e um circuito de bootstrapping (BOOT) que auxilia o acionamento do estágio duplicador. CP corresponde ao estágio de potência do sistema que faz interface direta com a carga, sendo sua tensão de entrada (PVIN) nominal no valor de 1,5V. O trabalho objetiva obter um conversor DC/DC funcional (demonstrado por resultados de Silício) atingindo resultados experimentais com o menor desvio possível comparados aos valores simulados durante o projeto. A tensão simulada de saída (VOUT), a vazio (sem carga), é 3V. Para carga máxima DC (20mA), o valor de VOUT simulado é de 2,4V. O circuito BOOT gera uma tensão na faixa de 4,5V - 5V, para uma carga DC de 1mA. A corrente limitada pelo bloco LC no circuito duplicador é 30mA. O CLR gera uma tensão inversamente proporcional a VOUT, tendo seus limites mínimo e máximo de 1,3V e 5,2V, respectivamente. Todo o sistema foi integrado no processo de fabricação AMS 0.35um HV, exceto os capacitores do estágio duplicador e do circuito de bootstrapping que são externos. Os resultados experimentais mostram desvio (comparados com simulação) de -12,5% em VOUT @ 20mA DC e -0,13% sem carga, -6% à saída de BOOT @ 1mA DC, +23% CLR mínimo, -3,85% em CRL máximo e +10% na corrente limitada. Durante o desenvolvimento deste trabalho, o Circuito de Regulação Linear (CRL) foi publicado no SBCCI 2009 apresentando sua rápida resposta à transientes de carga, o que é sua grande vantagem comparado a circuitos anteriormente propostos / Abstract: In this work, a DC/DC charge-pump voltage-doubler converter, for maximum load current of 20mA, was designed and fabricated. The Charge Pump (CP) needs control circuits for properly switching, voltage regulation and protection of voltage doubler stage. The control system designed comprises a linear regulation circuit (CRL), a Skip mode regulator, current limitation circuit (LC) and a bootstrapping circuit (BOOT), which provides the appropriate voltage to turn on CP power transistors. The voltage doubler is the power stage that interfaces directly to the load and its nominal input voltage PVIN is 1.5V. The objective of this work is to guarantee that the proposed DC/DC converter works properly (proved by Silicon results) and to achieve experimental results with the least deviation possible compared to simulation. The nominal output voltage (VOUT) with no load is 3V. For maximum DC load (20mA), simulated VOUT is 2.4V. BOOT circuit provides voltage within 4.5V - 5V for DC current load of 1mA. The LC limits the drawn current through the voltage-doubler at 30mA. The CRL provides a control voltage inversely proportional to VOUT and its minimum and maximum are 1.3V and 5.2V respectively. The whole system has been integrated in AMS 0.35um HV except the capacitors of CP and BOOT circuits. The experimental results show deviation (comparing to simulation) of -12,5% on VOUT @ 20mA DC and -0,13% @ no load , -6% on BOOT output @ 1mA DC, +23% CLR minimum, -3,85% CRL maximum and +10% on LC circuit. During the development of this work, the CRL circuit has been published in the SBCCI 2009 conference to present its fast-response to stringent load transient which is the biggest CRL advantage compared to previously proposed circuits / Mestrado / Mestre em Engenharia Elétrica

O objetivo deste trabalho é apresentar informações sobre o uso de modelos físicos na indústria cerâmica como parte integrante do método de projeto e identificar as possibilidades de utilização de tecnologias digitais nesse processo, verificando possíveis contribuições para o design. Esta é uma pesquisa qualitativa, que se utiliza de procedimentos adotados em estudos de casos múltiplos, a partir da investigação de duas indústrias de cerâmica para cada um dos setores fabris: louça de mesa, louça sanitária, cerâmica decorativa/ ornamental, revestimentos cerâmicos, telhas e blocos estruturais. Foram realizadas pesquisas bibliográficas e de campo, por meio de visitas a indústrias cerâmicas, a representantes de equipamentos de tecnologias digitais, a centros de pesquisa nacional e internacional e a instituições que possuem os equipamentos digitais para obtenção de modelos físicos. Os modelos físicos são muito utilizados em projetos de design durante as fases de desenvolvimento de produto e servem para gerar, analisar e selecionar as alternativas propostas, fornecendo respostas a problemas que surgem através de testes e simulações que devem ser adequados às questões e informações que se pretende coletar. Tradicionalmente, o processo de desenvolvimento de modelos físicos na indústria cerâmica requer conhecimentos técnicos e depende de muito treinamento e habilidades manuais dos modeladores. O uso de tecnologias digitais é muito difundido em outros segmentos da indústria, devido à capacidade de transformar rapidamente e com precisão modelos virtuais computadorizados em modelos físicos. Para compreender como cada segmento da indústria cerâmica utiliza os modelos físicos evidenciaram-se suas especificidades, quanto aos aspectos de configuração dos produtos e limitações dos materiais e dos processos de fabricação. Analisaram-se as seguintes tecnologias digitais: processos de prototipagem rápida, usinagem CNC e escaneamento 3D. Este trabalho demonstrou como processos analógicos tradicionais podem ser complementados e/ou substituídos para obtenção dos modelos físicos a partir da inserção de tecnologias digitais nesse processo. / The purpose of this study is to present information on the use of physical models in the ceramic industries as an integral part of the project method as well as identify the possibilities of using digital technologies in this process for possible contributions to the design. This is a qualitative research, which uses procedures adopted in multiple case studies, from the results of a survey on two ceramic industries for each of the industrial sectors: tableware, sanitary ware, decorative / ornamental ceramic tiles, tiles, ceramic roofing and building blocks. Bibliographical and field researches were conducted through visit to ceramics industries, representatives of digital technology equipment, national and international research centers and institutions that own digital equipment to obtain physical models. The physical models are widely used in design projects during the phases of product development and serve to generate, analyze and select the proposed alternatives, in order to provide answers to problems which arise through tests and simulations and that must be appropriated to the issues and information that are intended to be collected. Traditionally, the development process of physical models in the ceramic industry requires technical knowledge and depends on training and manual skills of the modelers. The use of digital technologies is widespread in other segments of the industry due to the ability to turn quickly and accurately, virtual computer models into physical models. In order to understand how each segment of the ceramic industry uses physical models, their specificities had to be evidenced, regarding aspects of product configuration and limitations of materials and manufacturing processes. The following digital technologies were analyzed: rapid prototyping process, CNC machining and 3D scanning. This work demonstrated how the traditional analog processes can be complemented and/or substituted in order to obtain physical models through the insertion of digital technologies in this process.

Esta pesquisa caracteriza-se como um estudo de análise gráfico-conceitual acerca da importância de processos de ação criadora referenciáveis à questão do movimento por meio de formas de representação e de exploração do espaço e do tempo na Arquitetura. Aborda a questão da representação na linguagem arquitetônica, entendida como meio de relação entre tempo e espaço. Investiga como o movimento sendo uma possível síntese desta equação pode ser percebido, representado e interpretado na geração de um projeto arquitetônico. Reflete sobre a mudança de paradigmas que caracterizam a transição dos meios de representação e identifica as expressões de movimento na linguagem arquitetônica, assim como novos parâmetros de raciocínio projetual por meio da análise de projetos e métodos projetivos analógicos e digitais de arquitetos, designers e artistas. Contextualiza as manifestações de clara relação da Arquitetura com a compreensão do espaço, tempo e movimento e propõe-se como base de reflexão comparativa entre a modernidade e a contemporaneidade. / This research is characterized as a study of graphconceptual analysis concerning to the importance of processes of creative action related to the subject of the movement by means of representation forms and exploration of space and time in the Architecture. It introduces the representation in the architectural language, understood as the relationship between time and space. It investigates how the movement - being a possible synthesis of this equation - can be noticed, represented and interpreted in the generation of an architectural project. The dissertation contemplates the change of paradigms which characterize the transition of the representational methods, from analogical to digital movement expressions in the architectural language, as well as new parameters of projetual reasoning by means of the analysis of projects of architects, designers and artists. It contextualizes the manifestations of clear relationships in Architecture within the understanding of space, time and movement as a basis of comparative reflection between the modernity and the contemporaneity.

Esse trabalho tem como objetivo estudar o comportamento de transistores de camada de silício e óxido enterrado ultrafinos (UTBB SOI nMOSFET) e transistores de nanofios horizontais com porta ômega ? (?G NW SOI MOSFET) com ênfase na variação da tensão aplicada no substrato (VGB). As análises foram feitas através de medidas experimentais e simulações numéricas. Nos dispositivos UTBB SOI nMOSFET foram estudados dispositivos com e sem implantação de plano de terra (GP), de três diferentes tecnologias, e com diferentes comprimentos de canal. A partir do modelo analítico de tensão de limiar desenvolvido por Martino et al. foram definidos os valores de VGB. A tecnologia referência possui 6 nm de camada de silício (tSi) e no óxido de porta uma camada de 5 nm de SiO2. A segunda tecnologia tem um tSi maior (14 nm) em relação a referência e a terceira tecnologia tem no óxido de porta um material de alta constante dielétrica, HfSiO. Na tecnologia de referência, os dispositivos com GP mostraram melhores resultados para transcondutância na região de saturação (gmSAT) devido ao forte acoplamento eletrostático entre a região da porta e do substrato. Porém os dispositivos com GP apresentam uma maior influência do campo elétrico longitudinal do dreno no canal, assim os parâmetros condutância de saída (gD) e tensão Early (VEA) são degradados, consequentemente o ganho de tensão intrínseco (AV) também. Na tecnologia com tSi de 14 nm, a influência do acoplamento eletrostático entre porta e substrato é menor em relação a referência, devido à maior espessura de tSi. Como a penetração do campo elétrico do dreno é maior em dispositivos com GP, todos os parâmetros analógicos estudados são degradados em dispositivos com GP. A última tecnologia estudada, não apresenta grande variação nos resultados quando comparadodispositivos com e sem GP. O AV, por exemplo, tem uma variação entre 1% e 3% comparando os dispositivos com e sem GP. Foram feitas análises em dispositivos das três tecnologias com comprimento de canal de 70 nm, e todos os parâmetros degradaram com a diminuição do comprimento de canal, como esperado. O fato de ter um comprimento de canal menor faz com que a influência do campo elétrico longitudinal do dreno seja mais relevante, degradando assim todos os parâmetros analógicos nos dispositivos com GP. Nos dispositivos ?G NW SOI MOSFET foram feitas análises em dispositivos pMOS e nMOS com diferentes larguras de canal (WNW = 220 nm, 40 nm e 10 nm) para diferentes VGB. Através de simulações viu-se que dispositivos com largura de canal de 40 nm possuem uma condução de corrente pela segunda interface para polarizações muito altas (VGB = +20 V para nMOS e VGB -20 V para pMOS). Todavia essa condução de corrente na segunda interface ocorre ao mesmo tempo que na primeira interface, impossibilitando fazer a separação dos efeitos de cada interface.A medida que a polarização no substrato faz com que haja uma condução na segunda interface, todos os parâmetros degradam devido a essa condução parasitária. Dispositivos estreitos sofrem menor influência de VGB e, portanto, tem os parâmetros menos degradados, diferente dos dispositivos largos que tem uma grande influência de VGB no comportamento elétrico do transistor. Quando a polarização no substrato é feita a fim de que não haja condução na segunda interface, a variação da inclinação de sublimiar entre dispositivos com WNW = 220 nm e 10 nm é menor que 2 mV/déc. Porém a corrente de dreno de estado ligado do transistor (ION) apresenta melhores resultados em dispositivos largos chegando a 6 vezes maior para nMOS e 4 vezes maior para pMOS que em dispositivos estreitos. Os parâmetros analógicos sofrem pouca influência da variação de VGB. Os dispositivos estreitos (WNW = 10 nm) praticamente têm resultados constantes para gmSAT, VEA e AV. Já os dispositivos largos (WNW = 220 nm) possuem uma pequena degradação de gmSAT para os nMOS, o que degrada levemente o AV em cerca de 10 dB. A eficiência do transistor (gm/ID) apresentou grande variação com a variação de VGB, piorando-a a medida que a segunda interface ia do estado de não condução para o estado de condução. Porém analisando os dados para a tensão que não há condução na segunda interface observou-se que, em inversão forte, a eficiência do transistor apresentou uma variação de 1,1 V-1 entre dispositivos largos (WNW = 220 nm) e estreitos (WNW = 10 nm). Com o aumento do comprimento do canal, esse valor de variação tende a diminuir e dispositivos largos passam a ser uma alternativa válida para aplicação nessa região de operação. / This work aims to study the behavior of the ultrathin body and buried oxide SOI nMOSFET (UTBB SOI nMOSFET) and the horizontal ?-gate nanowire SOI MOSFET (?G NW SOI MOSFET) with the variation of the back gate bias (VGB). The analysis were made through experimental measures and numerical simulation. In the UTBB SOI nMOSFET devices, devices with and without ground plane (GP) implantation of three different technologies were studied. Based on analytical model developed by Martino et al. the values VGB were defined. The reference technology has silicon film thickness (tSi) of 6 nm and 5 nm of SiO2 in the front oxide. The second technology has a thicker tSi of 14 nm comparing to the reference and the third technology has a high-? material in the front oxide, HfSiO. In the reference technology, the devices with GP shows better result for transconductance on saturation region (gmSAT) due to the strong coupling between front gate and substrate. However, devices with GP have major influence of the drain electrical field penetration, then the output conductance (gD) and Early voltage (VEA) are degraded, consequently the intrinsic voltage gain (AV) as well. In the technology with tSi of 14 nm, the influence of the coupling between front gate and substrate is lower because of the thicker tSi. Once the drain electrical field penetration is higher in devices with GP, all analog parameters are degraded in devices with GP. The third technology, presents results very close between devices with and without GP. The AV has a variation from 1% to 3% comparing devices with and withoutGP. Devices with channel length of 70 nm were analyzed and all parameters degraded with the decrease of the channel length, as expected. Due to the shorter channel length, the influence of the drain electrical field penetration is more relevant, degrading all the analog parameters in devices with GP. In the ?G NW SOI MOSFET devices, the analysis were done in nMOS and pMOS devices with different channel width (WNW = 220 nm, 40 nm and 10 nm) for different VGB. By the simulations, devices with channel width of 40 nm have a conduction though the back interface for very high biases (+20 V for nMOS and -20 V for pMOS). However, this conduction occurs at the same time as in the front interface, so it is not possible to separate de effects of each interface. As the substrate bias voltage induces a back gate current, all the parameters are degraded due to this parasitic current. Narrow devices are less affected by VGB and thus its parameters are less degraded, different from wider devices, in which VGB has a greater influence on their behavior. When the back gate is biased in order to avoid the conduction in back interface, the subthreshold swing variation between devices with WNW = 220 nm and 10 nm is lower than 2 mV/déc. However, the on state current (ION) has better results in wide devices reaching 6 times bigger for nMOS and 4 times bigger for pMOS The analog parameterssuffer little influence of the back gate bias variation. The narrow devices (WNW = 10 nm) have practically constant results gmSAT, VEA and AV. On the other hand, wide devices (WNW = 220 nm) have a small degradation in the gmSAT for nMOS, which slightly degrades de AV. The transistor efficiency showed great variation with the back gate bias variation, worsening as the back interface went from non-conduction state to conduction state. However, when the back gate is biased avoiding the conduction in back interface, the transistor efficiency for strong inversion region has a small variation of 1,1 V-1 between wide (WNW = 220 nm) and narrow (WNW = 10 nm) devices. As the channel length increases, this value of variation tends to decrease and wide devices become a valid alternative for applications in this region of operation.

Este trabalho apresenta o estudo do desempenho analógico do transistor SOI MOSFET com tensão de limiar dinamicamente variável (DTMOS). Esse dispositivo é fabricado em tecnologia SOI parcialmente depletado (PD). A tensão de limiar desta estrutura varia dinamicamente porque a porta do transistor está curto-circuitada com o canal do mesmo, melhorando significativamente suas características elétricas quando comparadas aos transistores PD SOI MOSFET convencionais. Entre as características principais desse dispositivo, pode-se citar a inclinação de sublimiar praticamente ideal (60 mV/dec), devido ao reduzido efeito de corpo, resultando num aumento significativo da corrente total que corresponde à soma da corrente do transistor principal com a corrente do transistor bipolar parasitário inerente à estrutura. Diversas simulações numéricas bidimensionais, utilizando o simulador ATLAS, foram executadas a fim de se obter um melhor entendimento do dispositivo DTMOS, quando comparado com o SOI convencional. As características elétricas analisadas através da simulação numérica bidimensional apresentam a corrente de dreno em função da polarização da porta considerando VD baixo e alto (25 mV e 1V). O canal teve uma variação de 1 até 0,15 µm. Através dessas simulações foram obtidos as principais características elétricas e parâmetros analógicos para estudo do DTMOS em comparação com o SOI convencional como: transcondutância (gm), tensão de limiar (VTH), inclinação de sublimiar (S). Considerando a polarização de dreno em 1V foi obtido a transcondutância e a inclinação de sublimiar. Na etapa seguinte foi feito simulações para obter as curvas características de IDS x VDS, onde a tensão aplicada na porta variou de 0 a 200 mV (VGT), onde se obteve a tensão Early (VEA), a condutância de saída (gD) dos dispositivos, bem como o ganho intrínseco de tensão DC (AV) e a freqüência de ganho unitário (fT). Os resultados experimentais foram realizados em duas etapas: na primeira, extraíram-se todas as curvas variando o comprimento do canal (L) de 10 à 0,15 µm e na segunda, manteve-se um valor fixo do comprimento do canal (10 µm), variando somente a largura do canal (W) entre 10 e 0,8 µm, para identificar quais seriam os impactos nos resultados. A relação da transcondutância pela corrente de dreno do DTMOS foi 40 V-1 na média, independentemente do comprimento do canal e observou-se um aumento de 14 dB no ganho intrínseco quando usado o comprimento de canal de 0,22 µm, em comparação com SOI convencional. Foi verificado uma melhora na performance dos parâmetros analógicos do DTMOS quando comparado com o PDSOI e têm sido muito utilizado em aplicações de baixa tensão e baixa potência. / This work presents the study of analog performance parameters of PDSOI (Partially-depleted) transistor in comparison with a Dynamic Threshold MOS transistor (DTMOS). The DTMOS is a partially-depleted device with dynamic threshold voltage. This variation of threshold voltage is obtained when the gate is connected to the silicon film (channel) of the PDSOI device, improving the electrical characteristics of a conventional SOI. The characteristics of this device is an ideal subthreshold slope (60mV/dec), due to the reduced body effect and improved current drive. When the gate voltage increases in DTMOS (body tied to gate), there is a body potential increase, which results in a higher drain current due to the sum of the MOS current with the bipolar transistor (BJT) one. Several two-dimensional numerical simulations were done with the ATLAS Simulator to obtain a better knowledge of DTMOS device to compare with PDSOI. The electrical characteristics analyzed through two-dimensional numerical simulations are the drain current as a function of (VGS) with drain bias fixed at 25 mV and 1 V. The channel length varied from 10 to 1 um. Through these simulations the main electrical characteristics and the analog performance parameters were obtained of DTMOS in comparison with conventional SOI, as: transconductance (gm), threshold (VTH) voltage, and subthreshold slope (S). Considering the drain bias of 1V, transconductance and subthreshold voltage were obtained. In the next step, the characteristics curves of drain current (IDS) as a function of (VDS), where the gate bias varied from 0 to 200 mV of (VGT), to obtain the Early voltage (VEA) and output conductance (gD), the intrinsic gain DC (AV) and a unit-gain frequency to both devices were simulated. The experimental results were measured in two steps: in the first step all electrical characteristics and parameters considering a channel length (L) variation were obtained and in the second step a channel length was fixed and varied the width (W) was varied to study if this variation had any effects on the results. The gm/IDS ratio of DTMOS was 40 V-1 , independent of channel length and a increase of 14 dB in intrinsic gain, when using a channel length of 0,22 µm, compared with the conventional SOI was obtained. Improvement was observed in the performance of analog parameters when compared whit conventional SOI and DTMOS has been widely used in Low-Power- Low-Voltage applications.

Submitted by Marlucy Farias Medeiros (marlucy.farias@unipampa.edu.br) on 2017-10-02T18:12:15Z No. of bitstreams: 1 Robson André Domanski - 2016.pdf: 5137261 bytes, checksum: 1e4aac0a601a8fb57b3a32e21268568a (MD5) / Approved for entry into archive by Marlucy Farias Medeiros (marlucy.farias@unipampa.edu.br) on 2017-10-04T17:34:54Z (GMT) No. of bitstreams: 1 Robson André Domanski - 2016.pdf: 5137261 bytes, checksum: 1e4aac0a601a8fb57b3a32e21268568a (MD5) / Made available in DSpace on 2017-10-04T17:34:54Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Robson André Domanski - 2016.pdf: 5137261 bytes, checksum: 1e4aac0a601a8fb57b3a32e21268568a (MD5) Previous issue date: 2016-12-13 / O projeto de circuitos integrados analógicos, dentro da indústria da microeletrônica tem a sua evolução ditada pela grande necessidade da integração de circuitos mistos. Esta evolução faz com que os dispositivos semicondutores sejam cada vez mais miniaturizados, o que implica na complexidade cada vez maior no processo de fabricação, resultando em uma grande variabilidade de parâmetros. Esta complexidade no projeto está diretamente ligada ao dimensionamento dos dispositivos que compõem o circuito, já que o espaço de projeto é altamente não-linear. O dimensionamento de circuito analógico pode ser modelado como um problema de otimização e resolvido por heurísticas de otimização. A solução resultante é dependente da estratégia de modelagem e na estimativa de desempenho, o que é feito, em geral, por simulação elétrica. Neste contexto, foi desenvolvida a ferramenta UCAF. No entanto, a solução otimizada cai na fronteira do espaço de projeto, onde uma pequena variação nos parâmetros do dispositivo afeta o desempenho do circuito. Isso conduz à inclusão de simulação Monte Carlo no circuito de otimização, aumentando o esforço computacional. O objetivo principal deste trabalho é analisar dois métodos diferentes de amostragem, a fim de reduzir o número de rodadas Monte Carlo, e a inserção da heurística de otimização Particle Swarm Optimization, visando a minimização do tempo necessário para o dimensionamento do circuito. A amostragem por hipercubo latino, a qual requer um número menor de amostras para um nível de confiança razoável, é utilizado nas primeiras iterações do processo de otimização. Depois de um certo ponto, o método de amostragem é alterado para a amostragem aleatória tradicional. A heurística Particle Swarm Optimization foi implementada na ferramenta UCAF, devido ao seu baixo custo computacional. A metodologia é aplicada para o dimensionamento de um amplificador de transcondutância operacional OTA Miller e um amplificador Telescopic, mostrando vantagens em termos de tempo de processamento e desempenho do circuito. Pode-se demonstrar que a utilização de uma nova heurística, e diferentes métodos de amostragem para a simulação Monte Carlo no processo de otimização produz uma busca mais eficiente no espaço de projeto com um ganho em relação ao esforço computacional. / The analog integrated circuit design within the microelectronics industry has its evolution dictated by the great need for integration of mixed circuits. This trend makes the semiconductor devices are increasingly miniaturized, which implies the increasing complexity in the manufacturing process, resulting in a large variability op parameters. This complexity is directly linked to the design of devices that compose the circuit, since the design space is highly nonlinear. The design of analog circuit can be modeled as an optimization problem and solved by optimization heuristics. The resulting solution is dependent on modeling strategy and performance estimation, which is done generally by electrical simulation. In this context, the UCAF tool was developed. However, the optimized solution falls on the border of the design space where a small variation in device parameters affect circuit performance. This leads to the inclusion of Monte Carlo simulation on the circuit optimization, increasing the computational effort. The main objective of this study is to analyze two different methods of sampling, in order to reduce the number of Monte Carlo runs, and the inclusion of a new heuristic optimization, in order to minimize the time required for the design of the circuit. The Latin hypercube sampling, which requires a smaller number of samples for a reasonable confidence level is used in the first iteration of the optimization process. After a certain point, the sampling method is changed to the traditional random sampling. Heuristic Particle Swarm Optimization was implemented in UCAF tool, due to its low computational cost. The methodology is applied for the design of a Miller and a Telescopic operational transconductance amplifier, showing advantages in terms of processing time and circuit performance. We can demonstrate that the use of a new heuristic, and different methods of sampling for Monte Carlo simulation in the optimization process produces a more efficient search of the design space, and advantages in relation to computational effort.

Este trabalho apresenta o estudo do desempenho analógico do transistor SOI MOSFET com tensão de limiar dinamicamente variável (DTMOS). Esse dispositivo é fabricado em tecnologia SOI parcialmente depletado (PD). A tensão de limiar desta estrutura varia dinamicamente porque a porta do transistor está curto-circuitada com o canal do mesmo, melhorando significativamente suas características elétricas quando comparadas aos transistores PD SOI MOSFET convencionais. Entre as características principais desse dispositivo, pode-se citar a inclinação de sublimiar praticamente ideal (60 mV/dec), devido ao reduzido efeito de corpo, resultando num aumento significativo da corrente total que corresponde à soma da corrente do transistor principal com a corrente do transistor bipolar parasitário inerente à estrutura. Diversas simulações numéricas bidimensionais, utilizando o simulador ATLAS, foram executadas a fim de se obter um melhor entendimento do dispositivo DTMOS, quando comparado com o SOI convencional. As características elétricas analisadas através da simulação numérica bidimensional apresentam a corrente de dreno em função da polarização da porta considerando VD baixo e alto (25 mV e 1V). O canal teve uma variação de 1 até 0,15 µm. Através dessas simulações foram obtidos as principais características elétricas e parâmetros analógicos para estudo do DTMOS em comparação com o SOI convencional como: transcondutância (gm), tensão de limiar (VTH), inclinação de sublimiar (S). Considerando a polarização de dreno em 1V foi obtido a transcondutância e a inclinação de sublimiar. Na etapa seguinte foi feito simulações para obter as curvas características de IDS x VDS, onde a tensão aplicada na porta variou de 0 a 200 mV (VGT), onde se obteve a tensão Early (VEA), a condutância de saída (gD) dos dispositivos, bem como o ganho intrínseco de tensão DC (AV) e a freqüência de ganho unitário (fT). Os resultados experimentais foram realizados em duas etapas: na primeira, extraíram-se todas as curvas variando o comprimento do canal (L) de 10 à 0,15 µm e na segunda, manteve-se um valor fixo do comprimento do canal (10 µm), variando somente a largura do canal (W) entre 10 e 0,8 µm, para identificar quais seriam os impactos nos resultados. A relação da transcondutância pela corrente de dreno do DTMOS foi 40 V-1 na média, independentemente do comprimento do canal e observou-se um aumento de 14 dB no ganho intrínseco quando usado o comprimento de canal de 0,22 µm, em comparação com SOI convencional. Foi verificado uma melhora na performance dos parâmetros analógicos do DTMOS quando comparado com o PDSOI e têm sido muito utilizado em aplicações de baixa tensão e baixa potência. / This work presents the study of analog performance parameters of PDSOI (Partially-depleted) transistor in comparison with a Dynamic Threshold MOS transistor (DTMOS). The DTMOS is a partially-depleted device with dynamic threshold voltage. This variation of threshold voltage is obtained when the gate is connected to the silicon film (channel) of the PDSOI device, improving the electrical characteristics of a conventional SOI. The characteristics of this device is an ideal subthreshold slope (60mV/dec), due to the reduced body effect and improved current drive. When the gate voltage increases in DTMOS (body tied to gate), there is a body potential increase, which results in a higher drain current due to the sum of the MOS current with the bipolar transistor (BJT) one. Several two-dimensional numerical simulations were done with the ATLAS Simulator to obtain a better knowledge of DTMOS device to compare with PDSOI. The electrical characteristics analyzed through two-dimensional numerical simulations are the drain current as a function of (VGS) with drain bias fixed at 25 mV and 1 V. The channel length varied from 10 to 1 um. Through these simulations the main electrical characteristics and the analog performance parameters were obtained of DTMOS in comparison with conventional SOI, as: transconductance (gm), threshold (VTH) voltage, and subthreshold slope (S). Considering the drain bias of 1V, transconductance and subthreshold voltage were obtained. In the next step, the characteristics curves of drain current (IDS) as a function of (VDS), where the gate bias varied from 0 to 200 mV of (VGT), to obtain the Early voltage (VEA) and output conductance (gD), the intrinsic gain DC (AV) and a unit-gain frequency to both devices were simulated. The experimental results were measured in two steps: in the first step all electrical characteristics and parameters considering a channel length (L) variation were obtained and in the second step a channel length was fixed and varied the width (W) was varied to study if this variation had any effects on the results. The gm/IDS ratio of DTMOS was 40 V-1 , independent of channel length and a increase of 14 dB in intrinsic gain, when using a channel length of 0,22 µm, compared with the conventional SOI was obtained. Improvement was observed in the performance of analog parameters when compared whit conventional SOI and DTMOS has been widely used in Low-Power- Low-Voltage applications.

Orientador: Nobuo Oki / Banca: Saulo Finco / Banca: Cláudio Kitano / Resumo: Nesse trabalho, propõe-se o projeto e implementação de um sintetizador de sinais ortogonais utilizando técnicas de circuito integrado e processo CMOS. O circuito do sintetizador baseia-se em um modelo matemático que utiliza multiplicadores e integradores analógicos, para geração de bases de funções ortogonais, tais como os polinômios de Legendre, as funções de base coseno e seno, a smoothed-cosine basis e os polinômios de Hermite. Funções ortogonais são bastante empregadas em processamento de sinais, e a implementação deste método matemático é capaz de gerar vários tipos de funções em um mesmo circuito integrado. O projeto proposto utiliza blocos analógicos funcionais para implementar o sintetizador. Os blocos que compõem o sintetizador foram projetados utilizando circuitos diferenciais, processamento em modo de corrente e técnicas de low-voltage. Algumas topologias utilizadas estão descritas na literatura, sendo que algumas foram adaptadas e mesmo modificadas, como no caso do multiplicador de corrente. Outras tiveram que ser propostas. As simulações e os resultados experimentais mostraram que o sintetizador é capaz de gerar funções ortogonais com amplitude e distorções satisfatórias. O sintetizador pode ser alimentado em 3V, tal qual foi projetado, tem faixa de entrada de ±20 μA e apresenta DHT (distorção harmônica total) inferior a 4% no quinto e último estágio em cascata. / Abstract: In this work, a design and implementation of a synthesizer of orthogonal signals using CMOS technology and design technique for integrated circuits is proposed. The synthesizer circuit used analog multipliers and integrators for produce orthogonal functions such as Legendre polynomials, cosine and sine basis of functions, smoothed-cosine basis and Hermite polynomials. Orthogonal functions can be employed in signal processing and the implementation proposed can generate several kinds of functions in the same integrated circuit. In the synthesizer design building blocks was employed. The synthesizer's blocks were design using differential circuits, low-voltage and current-mode techniques. Some topologies from papers were adapted or modified, as in the case of the current multiplier. Other topologies had to be proposed. The simulation and experimental results have shown that the synthesizer is able to produce orthogonal functions with satisfactory quality in distortions and amplitude. The synthesizer has a 3V supply voltage, a input current range of ±20 μA and it presents less than 4% of THD (Total Harmonic Distortion) in the last output in cascade. / Mestre

Esse trabalho está baseado na investigação dos detectores de falhas aplicando classificadores de classe única. As falhas a serem detectadas são relativas ao estado de funcionamento de cada componente do circuito, especificamente de suas tolerâncias (falha paramétrica). Usando a função de transferência de cada um dos circuitos são gerados e analisados os sinais de saída com os componentes dentro e fora da tolerância. Uma função degrau é aplicada à entrada do circuito, o sinal de saída desse circuito passa por uma função diferenciadora e um filtro. O sinal de saída do filtro passa por um processo de redução de atributos e finalmente, o sinal segue simultaneamente para os classificadores multiclasse e classe única. Na análise são empregados ferramentas de reconhecimento de padrões e de classificação de classe única. Os classficadores multiclasse são capazes de classificar o sinal de saída do circuito em uma das classes de falha para o qual foram treinados. Eles apresentam um bom desempenho quando as classes de falha não possuem superposição e quando eles não são apresentados a classes de falhas para os quais não foram treinados. Comitê de classificadores de classe única podem classificar o sinal de saída em uma ou mais classes de falha e também podem classificá-lo em nenhuma classe. Eles apresentam desempenho comparável ao classificador multiclasse, mas também são capazes detectar casos de sobreposição de classes de falhas e indicar situações de falhas para os quais não foram treinados (falhas desconhecidas). Os resultados obtidos nesse trabalho mostraram que os classificadores de classe única, além de ser compatível com o desempenho do classificador multiclasse quando não há sobreposição, também detectou todas as sobreposições existentes sugerindo as possíveis falhas. / This work deals with the application of one class classifiers in fault detection. The faults to be detected are related parametric faults. The transfer function of each circuit was generated and the outputs signals with the components in and out of tolerance were analyzed. Pattern recognition and one class classifications tools are employed to perform the analysis. The multiclass classifiers are able to classify the circuit output signal in one of the trained classes. They present a good performance when the fault classes do not overlap or when they are not presented to fault classes that were not presented in the training. The one class classifier committee may classify the output signal in one or more fault classes and may also classify them in none of the trained class faults. They present comparable performance to multiclass classifiers, but also are able to detect overlapping fault classes and show fault situations that were no present in the training (unknown faults).