Circuitos baseados em portas lógicas de limiar (threshold logic gates – TLG) vem sendo estudados como uma alternativa promissora em relação ao tradicional estilo lógico CMOS, baseado no operadores AND e OR, na construção de circuitos integrados digitais. TLGs são capazes de implementar funções Booleanas mais complexas em uma única porta lógica. Diversos novos dispositivos, candidatos a substituir o transistor MOS, não se comportam como chaves lógicas e são intrinsicamente mais adequados à implementação de TLGs. Exemplos desses dispositivos são os memristores, spintronica, diodos de tunelamento ressonante (RTD), autômatos celulares quânticos (QCA) e dispositivos de tunelamento de elétron único (SET). Para o desenvolvimento de um fluxo de projeto de circuitos integrados baseados em lógica threshold, duas etapas são fundamentais: (1) identificar se uma dada função Booleana corresponde a uma função lógica threshold (TLF), isto é, pode ser implementada em um único TLG e computar os pesos desse TLG; (2) se uma função não é identificada como TLF, outro método de síntese lógica deve construir uma rede de TLGs otimizada que implemente a função. Este trabalho propõe métodos para atacar cada um desses dois problemas, e os resultados superam os métodos do estado-da-arte. O método proposto para realizar a identificação de TLFs é o primeiro método heurístico capaz de identificar todas as funções de cinco e seis variáveis, além de identificar mais funções que os demais métodos existentes quando o número de variáveis aumenta. O método de síntese de redes de TLGs é capaz de sintetizar circuitos reduzindo o número de portas TLG utilizadas, bem como a profundidade lógica e o número de interconexões. Essa redução é demonstrada através da síntese dos circuitos de avaliação da MCNC em comparação com os métodos já propostos na literatura. Tais resultados devem impactar diretamente na área e desempenho do circuito. / In this work, a novel method to synthesize digital integrated circuits (ICs) based on threshold logic gates (TLG) is proposed. Synthesis considering TLGs is quite relevant, since threshold logic has been revisited as a promising alternative to conventional CMOS IC design due to its suitability to emerging technologies, such as resonant tunneling diodes, memristors and spintronics devices. Identification and synthesis of threshold logic functions (TLF) are fundamental steps for the development of an IC design flow based on threshold logic. The first contribution is a heuristic algorithm to identify if a function can be implemented as a single TLG. Furthermore, if a function is not detected as a TLF, the method uses the functional composition approach to generate an optimized TLG network that implements the target function. The identification method is able to assign optimal variable weights and optimal threshold value to implement the function. It is the first heuristic algorithm that is not based on integer linear programming (ILP) that is able to identify all threshold functions with up to six variables. Moreover, it also identifies more functions than other related heuristic methods when the number of variables is more than six. Differently from ILP based approaches, the proposed algorithm is scalable. The average execution time is less than 1 ms per function. The second major contribution is the constructive process applied to generate optimized TLG networks taking into account multiple goals and design costs, like gate count, logic depth and number of interconnections. Experiments carried out over MCNC benchmark circuits show an average gate count reduction of 32%, reaching up to 54% of reduction in some cases, when compared to related approaches.

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.

Esta Tese apresenta os resultados da simulação do transporte eletrônico em três dimensões (3D) no nano dispositivo eletrônico conhecido como “SOI-FinFET”. Este dispositivo é um transistor MOS em tecnologia Silício sobre Isolante – “Silicon-on- Insulator”, SOI – com porta dupla e cujo canal e zonas de fonte e dreno são realizadas em uma estrutura nanométrica vertical de silício chamada de “finger” ou “fin”. Como introdução ao dispositivo em questão, é feita uma revisão básica sobre a tecnologia e transistores SOI e sobre MOSFETs de múltiplas portas. A implementação de um modelo tipo “charge-sheet” para o transistor SOI-MOSFET totalmente depletado e uma modelagem deste dispositivo em altas frequências também é apresentada. A geometria do “fin” é escalada para valores menores do que 100 nm, com uma espessura entre 10 e 20 nm. Um dos objetivos deste trabalho é a definição de parâmetros para o SOI-FinFET que o viabilizem para a tecnologia de 22 nm, com um comprimento efetivo de canal menor do que 20 nm. O transistor FinFET e uma estrutura básica simplificada para simulação numérica em 3D são descritos, sendo utilizados dados de tecnologias atuais de fabricação. São apresentados resultados de simulação numérica 3D (curvas ID-VG, ID-VD, etc.) evidenciando as principais características de funcionamento do FinFET. É analisada a influência da espessura e dopagem do “fin” e do comprimento físico do canal em parâmetros importantes como a tensão de limiar e a inclinação de sublimiar. São consideradas e analisadas duas possibilidades de dopagens da área ativa do “fin”: (1) o caso em que esta pode ser considerada não dopada, sendo baixíssima a probabilidade da presença de dopantes ativos, e (2) o caso de um alto número de dopantes ativos (> 10 é provável). Uma comparação entre dois simuladores numéricos 3D de dispositivos é realizada no intuito de explicitar diferenças entre modelos de simulação e características de descrição de estruturas 3D. São apresentadas e analisadas medidas em dispositivos FinFET experimentais. Dois métodos de extração de resistência série parasita são utilizados em FinFETs simulados e caracterizados experimentalmente. Para finalizar, são resumidas as principais conclusões deste trabalho e são propostos os trabalhos futuros e novas diretivas na pesquisa dos transistores FinFETs. / This thesis presents the results of 3D-numerical simulation of electron transport in double-gate SOI-FinFETs in the decanometer size range. A basic review on the SOI technology and multiple gates MOSFETs is presented. The implementation of a chargesheet model for the fully-depleted SOI-MOSFET and a high frequency modeling of this device are first presented for a planar device topology. The second part of this work deals with FinFETs, a non-planar topology. The geometry of the silicon nano-wire (or “fin”) in this thesis is scaled down well below 100 nm, with fin thickness in the range of 10 to 20 nm. This work addresses the parameters for a viable 22 nm CMOS node, with electrical effective channel lengths below 20 nm. The basic 3D structure of the FinFET transistor is described in detail, then it is simulated with various device structural parameters, and results of 3D-numerical simulation (ID-VG curves, ID-VD, etc.), showing the main features of operation of this device, are presented. The impacts of varying silicon fin thicknesses, physical channel lengths, and silicon fin doping concentration on both the average threshold voltage and the subthreshold slope are investigated. With respect to the doping concentration, the discrete and highly statistical nature of impurity presence in the active area of the nanometer-range fin is considered in two limiting cases: (1) the zero-doping or undoped case, for highly improbable presence of active dopants, and (2) the many-dopants case, or high number (> 10 are probable) of active dopants in the device channel. A comparison between two 3D-numerical device simulators is performed in order to clarify differences between simulation models and features of the description of 3D structures. A structure for SOIFinFETs is optimized, for the undoped fin, showing its applicability for devices with electrical effective channel lengths below 20 nm. SOI-FinFET measurements were performed on experimental devices, analyzed and compared to device simulation results. This thesis uses parasitic resistance extraction methods that are tested in FinFET simulations and measurements. Finally, the main conclusions of this work are summarized and the future work and new directions in the FinFETs research are proposed.

O presente trabalho tem por objetivo fornecer o embasamento teórico para o projeto de um amplificador de baixo ruído (LNA – Low Noise Amplifier) em tecnologia CMOS que opere em mais de uma faixa de frequência, de modo a permitir seu uso em receptores multibanda e de banda larga. A base teórica que este trabalho abrange desde a revisão bibliográfica do assunto em questão, passando pela análise dos modelos de transistores para alta-frequência, pelo estudo das especificações deste bloco e das métricas utilizadas em projetos de circuitos integrados de RF, bem como pela revisão de topologias clássicas existentes. Com os conhecimentos acima adquiridos, foi possível realizar o projeto de um LNA diferencial de banda larga utilizando tecnologia CMOS IBM 130nm, o qual pode ser aplicado ao padrão IEEE 802.22 para rádios cognitivos (CR). O projeto é baseado na técnica de cancelamento de ruído, sendo validado após apresentar efetiva redução de figura de ruído para banda de frequência desejada, com moderado consumo de potência e utilização moderada de área de silício, devido a solução sem o uso de indutores. O LNA banda larga opera em frequências de 50Mhz a 1GHz e apresenta uma figura de ruído abaixo de 4dB, em 90% da faixa, um ganho acima de 12dB, e perda de retorno na entrada e na saída maiores que 12dB. O IIP3 e a frequência de ocorrência de compressão a 1dB com a entrada em 580MHz estão acima de 0dBm e -10dBm respectivamente. Possui consumo de 46,5mWpara fonte de 1,5V e ocupa uma área ativa de apenas 0,28mm x 0,2mm. / This work presents the theoretical basis for the design of a low noise amplifier (LNA) in CMOS technology that operates in more than one frequency band, which enables its use in multi-band and wideband receivers. The theoretical basis that this work will address extends from the literature review on the subject, through the analysis of models of MOS transistors for high frequencies, study of specifications of this block and the metrics used in RF integrated circuit design, as well as the review of existing classical LNA topologies. Based on the knowledge acquired above, the design of a differential wideband LNA is developed using IBM 130nm RF CMOS process, which can be used in IEEE 802.22 Cognitive Radio (CR) applications. The design is based on the noise-canceling technique, with an indutctorless solution, showing that this technique effectively reduces the noise figure over the desired frequency range with moderate power consumption and a moderate utilization of silicon die area. The wideband LNA covers the frequency range from 50 MHz to 1 GHz, achieving a noise figure below 4dB in over 90% of the band of interest, a gain of 11dB to 12dB, and an input/output return loss higher than -12 dB. The input IIP3 and input P1dB at 580MHz are above 0dB and -10dB, respectively. It consumes 46.5mW from a 1.5V supply and occupies an active area of only 0.056mm2 (0.28mm x 0.2mm).

A crescente utilização de equipamentos móveis que empregam a transformada rápida de Fourier (FFT) nas operações de sinal digital pode ter seu uso restrito devido ao comprometimento da durabilidade da bateria e de suas dimensões. Estas possíveis limitações de uso fazem crescer a necessidade do desenvolvimento de técnicas que visam à otimização nos três requisitos básicos de projeto digital: dissipação de potência, área e atraso. Para tanto, é abordado neste trabalho um método que realiza a implementação de arquiteturas FFT com ênfase na otimização através da decomposição dos coeficientes trigonométricos. No cálculo da FFT, as borboletas desempenham um papel central, uma vez que permitem o cálculo de termos complexos. Neste cálculo, que envolve multiplicações dos dados de entrada com coeficientes trigonométricos apropriados, a otimização das borboletas pode contribuir diretamente para a redução de potência e área. Na técnica proposta são analisados quais são os coeficientes trigonométricos existentes na arquitetura FFT utilizada como base e a escolha para decomposição será o que apresentar o menor custo de implementação em hardware. A decomposição de um coeficiente deve garantir a reconstituição de todos os demais coeficientes necessários para a implementação de toda a arquitetura FFT. Assim, a decomposição diminui o número de coeficientes necessários para reconstruir a FFT original. O conjunto dos novos coeficientes gerados são implementados com apenas somadores\subtratores e deslocamentos através de Multiplicação de Matrizes Constantes (CMM – Constant Matrix Multiplication), associados a um sistema de controle com multiplexadores que controlam o caminho para a correta operação da FFT. As implementações dos circuitos somadores/subtratores são realizadas com métrica no nível de portas lógicas, visando menor atraso e dissipação de potência para topologias com somadores dos tipos CSA (Carry Save Adder) e Ripple carry. Os resultados apresentados pelo método proposto, quando comparados com soluções da literatura, são significativamente satisfatórios, pois minimizaram a dissipação de potência e área em 30% e 24% respectivamente. Os resultados apresentam também a redução de componentes somadores necessários para a implementação de arquiteturas FFTs. / The increasing use of mobile devices using the Fast Fourier Transform (FFT) operations in digital signal may have its use restricted due compromising the durability of the battery and its dimensions. These possible limitations on usage makes grow the need to develop techniques aimed at optimizing the three basic requirements of digital design: power dissipation, area and delay. Therefore, this thesis discusses a method that performs the FFT implementation of architectures with emphasis on optimization through decomposition of twiddle factors (trigonometric coefficients). In the FFT the butterflies play a key role, since it allows the computation of complex terms. In this calculation, which involves multiplications of input data with appropriate twiddle factors, optimization of the butterflies can contribute directly to the reduction in power and area. In the proposed technique are analyzed what are the twiddle factors existing in FFT architecture used as a basis and to choose the decomposition that provide the lowest cost hardware implementation. The decomposition of coefficient to must ensure the rebuilding of all the other twiddle factors necessary for the implementation of the architecture FFT. Thus, the decomposition decreases the number of twiddle factors needed to reconstruct the original FFT. The new sets of coefficients generated are implemented with only adders\subtracters and shifting through of Constants Matrix Multiplication (CMM). A control system of multiplexers makes the way for the correct operation of the FFT. The implementations of the circuits arithmetic adders/subtracters are performed at the gate level, seeking lower delay and power consumption for topologies with adders types of CSA (Carry Save Adder) and Ripple carry. The results presented by the proposed method, compared with literature solutions are significantly satisfactory, since minimized power dissipation and area as well as reduced component adders required for implementation architectures FFTs.

Este trabalho introduz o conceito de cortes k e cortes kl sobre um circuito mapeado, em uma representação netlist. Esta nova abordagem é derivada do conceito de cortes k e cortes kl sobre AIGs (and inverter graphs), respeitando as diferenças entre essas duas formas de representar um circuito. As principais diferenças são: (1) o número de entradas em um nodo do grafo, e (2) a presença de inversores e buffers de forma explícita no circuito mapeado. Um algoritmo para enumerar cortes k e cortes kl é proposto e implementado. A principal motivação de usar cortes kl sobre circuitos mapeados é para realizar otimizações locais na síntese lógica de circuitos digitais. A principal contribuição deste trabalho é uma abordagem nova de remapeamento iterativo, utilizando cortes kl, reduzindo a área do circuito e respeitando as restrições de temporização do circuito. O uso de portas lógicas complexas pode potencialmente reduzir a área total de um circuito, mas elas precisam ser escolhidas corretamente de forma a manter as restrições de temporização do circuito. Ferramentas comerciais de síntese lógica trabalham melhor com portas lógicas simples e não são capazes de explorar eventuais vantagens em utilizar portas lógicas complexas. A abordagem proposta de remapeamento iterativo utilizando cortes kl é capaz de explorar uma quantidade maior de portas lógicas com funções lógicas diferentes, reduzindo a área do circuito, e mantendo as restrições de temporização intactas ao fazer uma checagem STA (análise temporal estática). Resultados experimentais mostram uma redução de até 38% de área na parte combinacional de circuitos para um subconjunto de benchmarks IWLS 2005, quando comparados aos resultados de ferramentas comerciais de síntese lógica. Outra contribuição deste trabalho é um novo modelo de rendimento (yield) para fabricação de circuitos integrados (IC) digitais, considerando problemas de resolução da etapa de litografia como uma fonte de diminuição do yield. O uso de leiautes regulares pode melhorar bastante a resolução da etapa de litografia, mas existe um aumento de área significativo ao se introduzir a regularidade. Esta é a primeira abordagem que considera o compromisso (trade off) de portas lógicas com diferentes níveis de regularidade e diferentes áreas durante a síntese lógica, de forma a melhorar o yield do projeto. A ferramenta desenvolvida de remapeamento tecnológico utilizando cortes kl foi modificada de forma a utilizar esse modelo de yield como função custo, de forma a aumentar o número de boas amostras (dies) por lâmina de silício (wafer), com resultados promissores. / This work introduces the concept of k-cuts and kl-cuts on top of a mapped circuit in a netlist representation. Such new approach is derived from the concept of k-cuts and klcuts on top of AIGs (and inverter graphs), respecting the differences between these two circuit representations. The main differences are: (1) the number of allowed inputs for a logic node, and (2) the presence of explicit inverters and buffers in the netlist. Algorithms for enumerating k-cuts and kl-cuts on top of a mapped circuit are proposed and implemented. The main motivation to use kl-cuts on top mapped circuits is to perform local optimization in digital circuit logic synthesis. The main contribution of this work is a novel iterative remapping approach using klcuts, reducing area while keeping the timing constraints attained. The use of complex gates can potentially reduce the circuit area, but they have to be chosen wisely to preserve timing constraints. Logic synthesis commercial design tools work better with simple cells and are not capable of taking full advantage of complex cells. The proposed iterative remapping approach can exploit a larger amount of logic gates, reducing circuit area, and respecting global timing constraints by performing an STA (static timing analysis) check. Experimental results show that this approach is able to reduce up to 38% in area of the combinational portion of circuits for a subset of IWLS 2005 benchmarks, when compared to results obtained from logic synthesis commercial tools. Another contribution of this work is a novel yield model for digital integrated circuits (IC) manufacturing, considering lithography printability problems as a source of yield loss. The use of regular layouts can improve the lithography, but it results in a significant area overhead by introducing regularity. This is the first approach that considers the tradeoff of cells with different level of regularity and different area overhead during the logic synthesis, in order to improve overall design yield. The technology remapping tool based on kl-cuts developed was modified in order to use such yield model as cost function, improving the number of good dies per wafer, with promising interesting results.

Este trabalho propõe o desenvolvimento de uma metodologia para a verificação circuitos integrados de sinais mistos de uso em sistemas de comunicação que operem em modo simplex. Deseja-se aproveitar as características inversas de recepção e transmissão para otimizar o processo de verificação. Para o desenvolvimento desta metodologia de verificação, teve-se como objetivo estudar metodologias de verificação de circuitos integrados de sinais mistos existentes e sua evolução, as quais têm garantido cada vez mais a funcionalidade de circuitos integrados que são compostos por blocos analógicos e digitais. A metodologia é aplicada a um dos circuitos que compõem um sistema otimizado de transmissão de dados via satélite (Transponder para Satélite). O sistema de transmissão de dados via satélite, foco do trabalho, é composto por receptores, transmissores e conversores analógico digital e um Processador Digital de Sinais - Digital Signal Processing (DSP), todos desenvolvidos em hardware. A metodologia de verificação compreende no desenvolvimento de uma estrutura de verificação capaz de estimular os blocos digitais e analógicos com o objetivo de garantir a funcionalidade de cada um dos componentes do IP Transponder. Em uma etapa seguinte, foi possível estimular o IP Transponder de forma integrada, no que se refere aos os blocos digitais e analógicos, assim como os de transmissão e recepção. Ressalta-se ainda que todo o desenvolvimento foi realizado em alto nível, ou seja, todas as características e propriedades foram observadas utilizando-se somente simuladores para garantir a funcionalidade do circuito integrado de sinais mistos que compõe o IP Transponder para satélite. / This work proposes the development of a verification methodology, used during the verification process of a mixed signal integrated circuit, which represents a communication system operating in simplex mode. In order to optimize the verification process, reverse reception and transmission will be used. With the intention of developing our verification methodology, a study on other methodologies used for the verification of mixed signals integrated circuits and the evolution of such methodologies was carried out. The proposed methodology has been applied in an advanced circuit used to establish data transmission by satellite (Transponder for Satellite). The targeted data transmission system is composed by analog receptor and transmitter, analog to digital converters and a digital signal-processing unit, all developed in hardware. The verification methodology consists of two steps: first, the development of a verification structure that are able to stimulate digital and analog blocks in order to guarantee the functionality of each system component. In a following step, the developed verification environment provides the stimulation for all the Transponder IP (digital and analog blocks), and for transmission and reception blocks as well. The verification process development was performed in high level, meaning all the characteristics and properties has been observed using only simulators with the purpose of guarantee the functionality of the mixed signal integrated circuit that composes the satellite Transponder IP.

Este trabalho consiste no estudo e projeto de circuitos Dual-Modulus Prescaler utilizados em sistemas de comunicação RF (radio frequency). Sistemas de comunicação RF trabalham em bandas de freqüência pré-definidas e dentro destas há, normalmente, vários canais para transmissão. Neste caso, decidido o canal onde se vai trabalhar, o receptor e o transmissor geram, através de um circuito chamado Sintetizador de Freqüências, sinais que têm a freqüência igual a freqüência central do canal utilizado. Esses sinais ou tons são empregados na modulação e demodulação das informações transmitidas ou recebidas. O Sintetizador de Freqüências possui como componentes um oscilador controlável, contadores programáveis, comparadores de fase e um divisor de freqüências chamado Dual-Modulus Prescaler. O funcionamento do Sintetizador é descrito a seguir: o Prescaler recebe um sinal proveniente da saída do oscilador controlável e gera um sinal que tem a freqüência igual a aquela do sinal de entrada dividida por N ou N+1, dependendo do valor lógico de um sinal de controle. O sinal gerado por esse circuito divisor será ainda dividido por contadores e comparado a um sinal de referência externo no comparador de fase. O comparador, por sua vez, gera o sinal de controle do oscilador controlável, aumentando ou reduzindo sua velocidade. Pelo ajuste do número de vezes que o circuito Prescaler divide por N ou N+1, se controla a freqüência da saída do Sintetizador. De todos os circuitos que compõe o Sintetizador de Freqüência, apenas o oscilador controlável e o Prescaler trabalham em altas freqüências (freqüência máxima do sistema) e por conseqüência, a velocidade máxima de trabalho e o consumo de potência do Sintetizador dependerão da performance destes. Neste trabalho se utilizou a técnica Extended True Single Clock Phase para se projetar o Prescaler. O projeto do circuito Prescaler foi realizado na tecnologia CMOS (Complementary Metal Oxide Silicon) 0,35 ?m da AMS [Au03a], que satisfaz as necessidades visadas (banda de trabalho centrada em 2,4 GHz) e tem um custo para prototipagem satisfatório. Vários circuitos foram implementados nesta tecnologia e testados, se obtendo um Prescaler que atinge velocidade de 3,6 GHz, consumo de 1,6 mW para tensão de alimentação de 3,3 V. / This work consists of the study and project of circuits Dual-Modulus Prescaler used in communication systems RF (radio frequency). RF Communication Systems work in predefined frequency bands and inside of them, there are several transmission channels. In this case, once decided the channel where we will work, the receiver and the transmitter generate, through a circuit called Frequency Synthesizer, signs that have the same frequency of the central frequency of the used channel. Those signs or tones are used in the modulation and demodulation of the transmitted or received information. The Frequency Synthesizer possesses as components a controllable oscillator, programmable counters, phase comparator and a frequency divider called Dual-Modulus Prescaler. The Synthesizer operation is described: the Prescaler receives a sign from the oscillator and generates an output signal with frequency equal to the frequency of the input signal divided by N or N+1, depending on the logical value of a control sign. The output of the Prescaler will be divided by other counters and compared with an external reference sign in the phase comparator. That comparator, for its turn, generates a control signal for the oscillator, increasing or reducing its speed. By the adjustment of the number of times that the circuit Prescaler divides for N or N+1, the frequency of Synthesizer output is controlled. From all the blocks that compose the Frequency Synthesizer, only the controllable oscillator and the Prescaler work in high frequencies (the maximum frequency of the system), and, in consequence, the maximum speed and the power consumption of the full Synthesizer will depend on the performance of these two blocks. In this work we applied the technique called Extended True Single Clock Phase to design the Prescaler. The project of the circuit Prescaler used the technology CMOS (Complementary Metal Oxide Silicon) 0.35 ?m of AMS [Au03a]. This technology was used because it satisfies the sought needs (work band centered in 2.4 GHz) and has a satisfactory cost. Several circuits were implemented in this technology and tested and it was obtained a Prescaler which reaches 3.6 GHz, 1.6 mW power consumption with power supply of 3.3 V.

[pt] O trabalho realizado visa auxiliar o projeto de circuitos digitais, verificar o funcionamento de sua lógica, e servir como ferramenta para obtenção de seqüências de teste. Ele consiste de uma simulação, via computador, de circuitos digitais, contendo integrados MSI`s e SSI`s, descritos em nível de porta pela linguagem de programação PL/I. os integrados são descritos segundo os esquemas dos seus fabricantes. Objetivou-se, principalmente, realizar uma simulação que verificasse a capacidade de deteção de uma seqüência de vetores de entrada, que tivesse uma boa performance em termos de tempo e memória de computador, e que fosse facilmente utilizada. A simulação é aplicável a circuitos combinacionais, e a circuitos seqüenciais que comportem-se sincronamente. / [en] The present work was realied as na to the design of digital circuits, verification of teir logic, and to serve as a tool for the feneration of test sequences. It consists of a digital computer simulation of digital circuits, which contrain SSI`s and MSI`s, described at the gate level by the programming language PL/I. The integrated circuits are described according to the specifications used in the manufacturer`s catalogs. The principle objective was to realize a simulation easy to be used, that would verify the ability of a given sequance of input vectors to detect the faults of a logic circuit, and would have a good performance in terms of computer time and memory required. The simulaation is applicable to both combinational circuits and to sequantial circuits that behave synchronously.

Primitivas criptografias assimétricas são essenciais para conseguir comunicação segura numa rede ou meio público. Essas primitivas podem ser instaladas como bibliotecas de software ou como coprocessadores de hardware. Coprocessadores de hardware são muito utilizados em cenários como Systems on Chip (SoC), dispositivos embarcados ou servidores de aplicações específicas. Coprocessadores existentes baseados em RSA ou curvas ellipticas (ECC) fazem um processamento intenso por causa da aritmética modular de grande precisão, portanto não estão disponíveis em plataformas com quantidade de energia mais restrita. Para prover primitivas assimétricas para esses dispositivos, será avaliado um esquema de cifração assimétrica que utiliza artimética de pequena precisão, chamado McEliece. McEliece foi proposto com códigos de Goppa binários durante o mesmo ano que o RSA, porém com chaves públicas 50 vezes maiores. Por causa de chaves tão grandes ele não ganhou muita atenção como RSA e ECC. Com a adoção de códigos Quase-Diádicos de Goppa binários é possível obter níveis de segurança práticos com chaves relativamente pequenas. Para avaliar uma implementação em hardware para esse esquema, foi proposto uma arquitetura escalável que pode ser configurada de acordo com os requisitos do projeto. Essa arquitetura pode ser utilizada em todos os níveis de segurança, de 80 até 256 bits de segurança, da menor unidade até as maiores. Nossa arquitetura foi implementada na família de FPGAs Spartan 3 para códigos de Goppa binários, onde foi possível decifrar em 5854 ciclos com 4671 Slices, enquanto que na literatura os melhores resultados obtidos são de 10940 ciclos para 7331 Slices. / Asymmetric cryptographic primitives are essential to enable secure communications on public networks or public mediums. These cryptographic primitives can be deployed as software libraries or hardware coprocessors. Hardware coprocessors are mostly employed in Systems on Chip (SoC) scenarios, embedded devices, or application-specific servers. Available solutions based on RSA or Elliptic Curve Cryptography (ECC) are highly processing intensive because of the underlying extended precision modular arithmetic, and hence they are not available on the most energy constrained platforms. To provide asymmetric primitives in those restricted devices, we evaluate another asymmetric encryption scheme implementable with lightweight arithmetic, called McEliece. McEliece was proposed with binary Goppa codes during same year of RSA with public keys 50 times larger. Because of such large keys it has not gained as much attention as RSA or ECC. With the adoption of binary Quasi- Dyadic Goppa (QD-Goppa) codes it is possible to attain practical security levels with reasonably small keys. To evaluate a hardware implementation of this scheme, we investigate a scalable architecture that can be reconfigured according to project requirements. This architecture is suitable for all usual security levels, from 80 to 256-bit security, from the smallest unit to bigger ones. With our architecture implemented on a Spartan 3 FPGA for binary Goppa codes it is possible to decrypt in 5854 cycles with 4671 Slices, whilst in literature best results were in 10940 cycles with 7331 Slices.