Հայաստանի ատենախոսությունների բաց մատչելիության պահոց = Open Access Repository of the Armenian Electronic Theses and Dissertations (Armenian ETD-OA) = Репозиторий диссертаций Армении открытого доступа

Խառը ազդանշանային ինտեգրալ սխեմաների արագագործության բարձրացման միջոցների մշակումը և հետազոտումը

Մարտիրոսյան, Արմեն Արայիկի (2019) Խառը ազդանշանային ինտեգրալ սխեմաների արագագործության բարձրացման միջոցների մշակումը և հետազոտումը. PhD thesis, Հայաստանի ազգային պոլիտեխնիկական համալսարան.

[img]
Preview
PDF (Thesis)
Available under License Creative Commons Attribution.

Download (23Mb) | Preview
    [img]
    Preview
    PDF (Abstract)
    Available under License Creative Commons Attribution.

    Download (1090Kb) | Preview

      Abstract

      Ներկայումս խառը ազդանշանային ինտեգրալ սխեմաներն (ԻՍ) իրենց լայն տարածումն են գտել տվյալների հաղորման և ընդունման համակարգերում։ Խառը ազդանշանային ԻՍ-երի առանձնահատկությունը կայանում է թվային և անալոգային ենթահանգույցների համատեղ կիրառության մեջ, որն առաջացնում է բազում խնդիրներ՝ կապված արագագործության բարձրացման, աղմկակայունության, ազդանշանային շեղումների, տվյալների կորուստների և ժամանակային պաշարի հետ։ Բացի այդ, տարեցտարի փոքրանում է տրանզիստորների հոսքուղու երկարությունը՝ հասնելով մի քանի նմ-ի և, համաձայն Մուրի օրենքի, կիսահաղորդչային բյուրեղի միավոր մակերեսին ընկնող տրանզիստորների քանակը կրկնապատկվում է յուրաքանչյուր 18 ամիսը մեկ, որի հետևանքով առաջանում են խառը ազդանշանային ԻՍ-երը բնութագրող պարամետրերի էական շեղումներ։ Պարամետրական շեղումները պայմանավորված են տրանզիստրոների երկրորդային երևույթների ազդեցությունների մեծացմամբ։ Ժամանակակից խառը ազդանշանային ԻՍ-երի նախագծման գործընթացը օրեցօր բարդանում է, որը բացատրվում է մուտք/ելք հանգույցների շուկայի առաջատար ընկերությունների կողմից առաջադրվող պահանջների խստացմամբ։ Մասնավորապես, շարունակաբար մեծանում է խառը ազդանշանային ԻՍ-երի աշխատանքային հաճախությունները, որի արդյունքում համակարգը դառնում է ավելի զգայուն աղմուկների և ազդանշանային շեղումների նկատմամբ։ Վերոնշյալ երևույթներից զատ, խառը ազդանշանային ԻՍ-երի մուտք/ելք հանգույցների արագագործության աճը հանգեցնում է համակարգում որոշիչ ենթահանգույցների կարևորագույն պարամետրերի կախվածության աստիճանի բարձրացմանը սնման լարումից, արտաքին ջերմաստիճանից և տեխնոլոգիական գործընթացից։ Այսպիսով, խառը ազդանշանային ԻՍ-երի արագագործության բարձրացման միջոցների մշակումը ներկայումս չափազանց արդիական է, քանի որ դրա հետևանքով առաջացած խնդիրների գրականությունից հայտնի լուծման մոտեցումները բավարար չափով չեն ապահվում տվյալների փոխանցման արդյունավետության ավելացում, ինչը թելադրում է առկա խնդիրների նոր սկզբունքներով լուծման անհրաժեշտություն։ Ատենախոսությունը նվիրված է խառը ազդանշանային ԻՍ-երի արագագործության բարձրացման սկզբունքների ստեղծմանը, որոնք լիովին բավարարում են ժամանակակից մարտահրավերներին: Աշխատանքի ընթացքում, մշակվել են խառը ազդանշանային ինտեգրալ սխեմաների արագագործության բարձրացման մոտեցումներ, որոնք կիրառելի են արդի համակարգերում։ Առաջարկվել են խառը ազդանշանային ինտեգրալ սխեմաների արագագործության բարձրացման սկզբունքներ, որոնք թույլ են տալիս ժամանակակից մարտահրավերները լիովին բավարարող լուծումների կառուցումը։ Առաջարկվել է արագագործ փուլային խառնիչի ճարտարապետություն, որը, ներդրված համընկեցնող շղթայի և լարման կայունարարի շնորհիվ ապահովում է կանխորոշելի թրթռոցի 80%-ով փոքրացում, ինչը նպաստում է արագագործության 50%-ով բարձրացմանը՝ էներգասպառման քառակի մեծացման հաշվին։ Փուլային խառնիչի էներգասպառման քառակի մեծացումը հանգեցնում է ընդհանուր համակարգի էներգասպառման ընդամենը 0,1% աճին։ В настоящее время смешанные сигнальные интегральные схемы (ИС) широко распространены в системах сбора и приема данных. Особенностью смешанных сигнальных ИС является совместное применение цифровых и аналоговых подузлов,что вызывает множество проблем, связанных с быстродействием, помехоустойчивостью, отклонением сигналов, потерей данных и ресурсами времени. Кроме того, из года в год длина транзисторных каналов уменьшается до нескольких нанометров, при этом, согласно закону Мура, число транзисторов на единицу площади поверхности полупроводникового кристалла удваивается каждые 18 месяцев, что приводит к значительным отклонениям параметров, характеризующих смешанные сигнальные ИС. Параметрические отклонения обусловлены увеличением влияния вторичных явлений транзистора. Процесс проектирования современных смешанных сигнальных ИС с каждым днем усложняется, что объясняется ужесточением требований, предъявляемых ведущими компаниями рынка в области производства узлов ввода/вывода (ВВ) в смешанных сигнальных ИС. В частности, постоянно увеличивается частота смешанных сигнальных ИС, в результате чего система становится более чувствительной к шуму и отклонениям сигнала. С другой стороны, одним из условий конкурентоспособности в области смешанных сигнальных ИС является небольшое энергопотребление, но с увеличением быстродействия параллельно увеличивается также и энергопотребление. В дополнение к вышеупомянутым явлениям, увеличение быстродействия узлов ВВ смешанных сигнальных ИС приводит к увеличению степени зависимости критических параметров важнейших подузлов системы от напряжения питания, внешней температуры и технологического процесса. Исходя из вышеизложенного, разработка способов увеличения быстродействия смешанных сигнальных ИС чрезвычайно актуальна. Это обусловлено тем, что возникаемые в результате этого проблемы, а также известные из литературы подходы недостаточно повышают эффективность передачи данных, что диктует необходимость принципиально новых решений существующих проблем. Диссертация посвящена созданию принципов повышения быстродействия смешанных сигнальных ИС, которые будут полностью отвечать современным требованиям. Currently, mixed signal integrated circuits (ICs) are widely distributed in data receiving and transmitting systems. A feature of mixed signal ICs is the combined use of digital and analog sub-nodes, which causes many problems such as high performance, noise immunity, signal rejection, data loss, and time margin. In addition, from year to year the length of transistor channels decreases to several nm, and, according to Moore's law, the number of transistors per unit area of the semiconductor crystal surface doubles every 18 months, which leads to significant deviations of parameters characterizing the mixed signal ICs. The parametric deviations are due to the increasing influence of the transistor secondary effects. The process of designing modern mixed signal ICs is becoming more complex day-by-day, which is explained by the tightening of the requirements established by leading companies in the market for the production of input/output (I/O) nodes in mixed signal ICs. In particular, the frequency of mixed signaling ICs is continuously increasing, as a result of which the system becomes more sensitive to noise and signal deviations. On the other hand, one of the conditions for being competitive in the field of mixed signal ICs is a small power consumption, but within high productivity increase, the power consumption also increases in parallel. In addition to the above-mentioned phenomena, an increase in the high-performance of mixed signal ICs leads to an increase in the degree of dependence of the critical parameters of the most important sub nodes of the system on the supply voltage, external temperature and technological process. Accordingly, nowadays, the development of methods for increasing the high-performance of mixed signaling ICs is extremely relevant, since the known literature approaches resulting from this problem do not sufficiently increase the efficiency of data transmission, which dictates the need for fundamentally new solutions to existing problems. The thesis is dedicated to the creation of principles for improving the operation speed of mixed signal ICs that will fully meet modern requirements. During the investigation developed the principles of improving the operation speed of mixed signal integrated circuits, which are applicable for modern systems. The architecture of the high-frequency phase mixer is proposed, which, thanks to the built-in synchronizer and voltage stabilizer, reduces the deterministic oscillation by 80%, due to a fourfold increase in power consumption. The fourfold increase in the energy consumption of the phase mixer increases the overall energy consumption by 0.1% An equalization method has been created that is performed on the transmitting node, generated in accordance with the frequency of the data signal. The latter has the same efficiency compared to the known method, but unlike the existing approaches, it provides a higher level of equalization in the wider frequency bands, i.e., is applicable in case of a performance increase of more than 50% due to the increase in energy consumption to 5%. A linear equalization method has been developed that is performed at the receiving node, in which, in addition to amplifying the corresponding frequency bands of the data signal, noise is suppressed, which leads to an increase in the horizontal and vertical clearance of the eye diagram by 19% and 13%, respectively, by increasing the area by 3%.

      Item Type: Thesis (PhD)
      Additional Information: Разработка и исследование средств повышения быстродействия смешанных сигнальных интегральных схем. Research and development of means of operation speed improvement in mixed signal integral circuits.
      Uncontrolled Keywords: Мартиросян Армен Араикович, Martirosyan Armen Arayik
      Subjects: Electrical and Power Engineering
      Divisions: UNSPECIFIED
      Depositing User: NLA Circ. Dpt.
      Date Deposited: 19 Aug 2019 11:51
      Last Modified: 19 Aug 2019 11:51
      URI: http://etd.asj-oa.am/id/eprint/10619

      Actions (login required)

      View Item