Static noise margin analysis for CMOS logic cells in near-threshold

• Ano de defesa: 2018
• Autor(a) principal: Bortolon, Felipe Todeschini
• Orientador(a): Bampi, Sergio
• Tipo de documento: Dissertação
• Tipo de acesso: Acesso aberto
• Idioma: eng
• Palavras-chave em Português: Microeletrônica; Circuitos digitais
• Palavras-chave em Inglês: Digital circuit; SNM; Noise tolerance; Digital cell design; Subthreshold
• Link de acesso: http://hdl.handle.net/10183/178664

Os avanços na tecnologia de semicondutores possibilitou que se fabricasse dispositivos com atividade de chaveamento mais rápida e com maior capacidade de integração de transistores. Estes avanços, todavia, impuseram novos empecilhos relacionados com a dissipação de potência e energia. Além disso, a crescente demanda por dispositivos portáteis levaram à uma mudança no paradigma de projeto de circuitos para que se priorize energia ao invés de desempenho. Este cenário motivou à reduzir a tensão de alimentação com qual os dispositivos operam para um regime próximo ou abaixo da tensão de limiar, com o objetivo de aumentar sua duração de bateria. Apesar desta abordagem balancear características de performance e energia, ela traz novos desafios com relação a tolerância à ruído. Ao reduzirmos a tensão de alimentação, também reduz-se a margem de ruído disponível e, assim, os circuitos tornam-se mais suscetíveis à falhas funcionais. Somado à este efeito, circuitos com tensões de alimentação nestes regimes são mais sensíveis à variações do processo de fabricação, logo agravando problemas com ruído. Existem também outros aspectos, tais como a miniaturização das interconexões e a relação de fan-out de uma célula digital, que incentivam a avaliação de ruído nas fases iniciais do projeto de circuitos integrados Por estes motivos, este trabalho investiga como aprimorar a margem de ruído estática de circuitos síncronos digitais que irão operar em tensões no regime de tensão próximo ou abaixo do limiar. Esta investigação produz um conjunto de três contribuições originais. A primeira é uma ferramenta capaz de avaliar automaticamente a margem de ruído estática de células CMOS combinacionais. A segunda contribuição é uma metodologia realista para estimar a margem de ruído estática considerando variações de processo, tensão e temperatura. Os resultados obtidos mostram que a metodologia proposta permitiu reduzir até 70% do pessimismo das margens de ruído estática, Por último, a terceira contribuição é um fluxo de projeto de células combinacionais digitais considerando ruído, e uma abordagem para avaliar a margem de ruído estática de circuitos complexos durante a etapa de síntese lógica. A biblioteca de células resultante deste fluxo obteve maior margem de ruído (até 24%) e menor variação entre diferentes células (até 62%).