Título

Variational analysis of analog integrated circuits based on symbolic analysis

Autor

ADOLFO ADAIR PALMA RODRIGUEZ

Colaborador

ESTEBAN TLELO CUAUTLE (Asesor de tesis)

Nivel de Acceso

Acceso Abierto

Resumen o descripción

It is well known that with the down-scaling of the integrated circuit (IC) technology,

nanometer circuit designs become more and more sensitive to process variations. It

is caused in part by matching requirements between transistors. Those variations are

produced by fluctuations at the moment of manufacturing and have been continuously

increasing in relative magnitude as IC technology continues to scale to 45nm and below.

That is why the integrated circuit designer must study these process variations in order

to obtain more and more reliable circuits. Analog circuit designers usually perform a

Monte-Carlo (MC) simulation to analyze the stochastic mismatch and to predict the

variational responses of their designs under faults. As MC analysis requires a large

number of repeated circuit simulations, its computational cost is very expensive. In

this Thesis, a new performance bound analysis of analog circuits considering process

variations are proposed. The new method applies a recently reported graph based analysis

approach to generate the symbolic transfer function of a linear(ized) analog circuit. As a

result of applying symbolic analysis, one can have a good understanding on the behavior of the analog IC with respect to its circuit elements, and for that same reason, repeated

simulations as in MC analysis aren't needed, because the analytical expression is helpful

in determining performance bounds. For instance, in this Thesis, the frequency response

bounds (maximum and minimum) are obtained by performing nonlinear constrained

optimization, where the magnitude of the transfer function is the objective function to

be optimized subject to some ranges of process variational parameters. As shown in

this Thesis, the response bounds given by the optimization method are very accurate.

Furthermore, experimental results on testing several analog ICs show that the proposed

method gives the correct bounds, as those provided by the Monte Carlo analysis, while

the time process is comparable to the Monte Carlo simulation.

Es bien sabido que con el escalamiento de la tecnología de circuitos integrados (IC),

los circuitos de dimensiones nanométricas se vuelven más sensibles a las variaciones de

proceso, debidas en parte a los requerimientos de acople entre transistores. Estas variaciones

son producidas por fluctuaciones al momento de fabricarlos y se han incrementado

debido al continuo escalamiento de la tecnología por debajo de los 45nm. Es por eso

que los diseñadores de circuitos integrados deben estudiar estas variaciones de proceso

para obtener circuitos cada vez más confiables. Los diseñadores analógicos usualmente

realizan el análisis Monte-Carlo (MC) para analizar la disparidad estocástica y para

predecir las respuestas variacionales de sus diseños bajo fallas. Dado que el análisis MC

requiere un gran número de simulaciones repetidas, su costo computacional es alto. En

esta Tesis, un nuevo método de análisis variacional para circuitos analógicos considerando

variaciones de proceso es propuesto. Este nuevo método aplica un análisis basado en

grafos, reportado recientemente, para generar la función de transferencia simbólica de

un circuito analógico linealizado. Como resultado de aplicar análisis simbólico, se puede tener un buen entendimiento del funcionamiento de un IC analógico con respecto a sus

elementos de circuito, y por esa misma razón, no se requiere hacer simulaciones repetidas

como en el análisis MC, porque la expresión analítica es útil para obtener los bordes de

comportamiento. Por lo pronto, en esta Tesis, los límites de la respuesta en frecuencia

(máximo y mínimo) son obtenidos por medio de optimización con restricciones, en las

que la magnitud de la función de transferencia es la función objetivo a ser optimizada

sujeta a algunos rangos de los parámetros dados por las variaciones de proceso. Como se

muestra en esta Tesis, los límites obtenidos de este método son muy exactos. Además,

resultados experimentales para varios IC analógicos muestran que el método propuesto

calcula los límites correctos, como los obtenidos en el análisis MC, mientras que el tiempo

de ejecución es comparable a la simulación MC.

Editor

Instituto Nacional de Astrofísica, Óptica y Electrónica

Fecha de publicación

agosto de 2012

Tipo de publicación

Tesis de maestría

Versión de la publicación

Versión aceptada

Formato

application/pdf

Idioma

Inglés

Audiencia

Estudiantes

Investigadores

Público en general

Sugerencia de citación

Palma-Rodriguez A.A.

Repositorio Orígen

Repositorio Institucional del INAOE

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829

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