Ανάπτυξη μεθόδων και αναλυτικών μοντέλων για την επίδραση θορύβου σε ολοκληρωμένα κυκλώματα

Abstract

The present doctoral thesis deals with the coupling noise in integrated circuits. The aim of the thesis is todevelop methods for computing noise levels with to contribute to the improvement of design andfabrication stage in integrated circuits.During this research four methods have been developed for the computation of the effects of noise: The firsttakes into account the geometric characteristics of the studied structures and its basic feature is that it isbased on the physical understanding of the problem and in particular on the principle of least energy. Thesecond takes into account the charge distribution inside given conductors and transforms the originalproblem to a problem of optimal placement, which is then solved using evolutionary algorithms. The thirdmethod exploits the analytical solution of an equivalent problem of heat transfer by properly transformingthe involved quantities. Therefore the derived formulae are exact. In the fourth method, the problem issolved using filament currents, the field of which is described by analytic formulae. All the methods aregeneral, scalable with the dimensions of technology, fast and independent of the respective technologicalparameters.Moreover, a methodology has been developed for determining the substrate parameters of integratedcircuits. The proposed methodology is nondestructive, low cost, simple to use and exploits two of the abovemethods.

Το αντικείμενο της παρούσας διδακτορικής διατριβής αποτελεί η εξέταση του θορύβου στα ολοκληρωμένα κυκλώματα. Στόχος της διατριβής είναι η ανάπτυξη μεθόδων εκτίμησης των επιπέδων θορύβου με απώτερο σκοπό να συνεισφέρουν στη βελτίωση της διαδικασίας σχεδίασης και κατασκευής ολοκληρωμένων.Στα πλαίσια της παρούσας έρευνας αναπτύχθηκαν τέσσερις μέθοδοι υπολογισμού μοντέλων για την εκτίμηση της επίδρασης θορύβου: Η πρώτη λαμβάνει υπόψη της τα γεωμετρικά χαρακτηριστικά των υπό μελέτη δομών και κύριο χαρακτηριστικό της είναι ότι στηρίζεται στη φυσική κατανόηση του προβλήματος και ειδικότερα στην αρχή της ελάχιστης ενέργειας. Η δεύτερη λαμβάνει υπόψη της την κατανομή φορτίων των δεδομένων αγωγών και μετασχηματίζει το αρχικό πρόβλημα σε ένα πρόβλημα βέλτιστης τοποθέτησης,το οποίο στη συνέχεια επιλύεται με τη βοήθεια εξελικτικών αλγορίθμων. Η τρίτη εκμεταλλεύεται την αναλυτική επίλυση ενός ισοδύναμου προβλήματος διάχυσης θερμότητας μετασχηματίζοντας κατάλληλα τις εμπλεκόμενες ποσότητες. Ως εκ τούτου οι αναλυτικοί τύποι που προκύπτουν είναι ακριβείς. Στην τέταρτη μέθοδο, η επίλυση του προβλήματος επιτυγχάνεται με τη χρήση στοιχειωδών ρευματοφόρων αγωγών, το πεδίο των οποίων περιγράφεται από κλειστούς αναλυτικούς τύπους. Όλες οι μέθοδοι είναι γενικές,κλιμακούμενες με τις διαστάσεις της τεχνολογίας, γρήγορες και ανεξάρτητες από τις εκάστοτε τεχνολογικές παραμέτρους.Παράλληλα, αναπτύχθηκε μια μεθοδολογία προσδιορισμού των παραμέτρων του υποστρώματος ολοκληρωμένων κυκλωμάτων. Η προτεινόμενη μεθοδολογία είναι μη καταστρεπτική, χαμηλού κόστους,απλή στη χρήση και ενσωματώνει δυο από τις παραπάνω μεθόδους.