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

Անալոգային ինտեգրալ սխեմաների ավտոմատացված ֆիզիկական նախագծման միջոցների մշակումը և հետազոտումը

Կասարջյան, Հովհաննես Գևորգի (2016) Անալոգային ինտեգրալ սխեմաների ավտոմատացված ֆիզիկական նախագծման միջոցների մշակումը և հետազոտումը. PhD thesis, Հայաստանի ազգային պոլիտեխնիկական համալսարան .

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

Download (22Mb) | Preview
    [img]
    Preview
    PDF (Abstract)
    Available under License Creative Commons Attribution.

    Download (1208Kb) | Preview

      Abstract

      Կանխատեսվում է, որ անալոգային ինտեգրալ սխեմաների (ԻՍ) նախագծման կարիքը շատ և շատ անգամ աճելու է հաջորդ տարիների ընթացքում: Եթե համեմատվի թվային ԻՍ-երի նախագծման հետ, որը հնարավոր է իրագործել նվազագույն ջանքերի միջոցով, օգտագործելով ավտոմատ գործիքներ, ապա անալոգային նախագծումը շարունակում է մնալ բարդ և ժամանակատար աշխատանք: Մինչ այժմ անալոգային նախագծերի մեծ մասն իրականացվում է անալոգային նախագծողների կողմից՝ ձեռքով, հիմնվելով նրանց գիտելիքների և փորձի վրա: Սկսնակ աշխատողի համար բարձր ճշգրտության անալոգային ԻՍ-ի նախագծումը բավականաչափ դժվար է: Արդյունավետության բարելավման և նախագծման ժամանակի նվազեցման համար անհրաժեշտ է անալոգային ԻՍ-երի ավտոմատացված նախագծման գործիքների մշակում: Տեխնոլոգիական գործընթացի փոփոխումը և էլեկտրական ագրեսիվ պահանջները առաջ են բերում անալոգային և ռադիոհաճախական սխեմաների ֆիզիկական նախագծման նոր մոտեցումների անհրաժեշտություն: Բարձր ճշգրտության ֆիզիկական նախագծերում մեծ դեր են խաղում ֆիզիկական նախագծման երևույթները, որոնցից են` տարրերի համապատասխանեցումը և համաչափությունը, մակաբույծ տարրերը, միջմիացումներում հոսանքի խտությունը և հարթակի երևույթները: Բարձր ճշգրտության համար անհրաժեշտ է այս երևույթները մոդելավորել ֆիզիկական նախագծման ավտոմատացված գործիքներում, ինչն իրականում շատ բարդ է: Այս բարդությունը հանգեցնում է նրան, որ անալոգային ԻՍ-երի ֆիզիկական նախագծումը շատ դեպքերում կատարվում է ձեռքով՝ մասնագետների կողմից: Ֆիզիկական նախագծումը կոմպլեմենտար մետաղ-օքսիդ-կիսահաղորդիչ (ԿՄՕԿ) անալոգային ԻՍ-երի նախագծման կարևորագույն փուլերից մեկն է: Բարձր որակի ֆիզիկական նախագիծը պետք է ցածր զգայունություն ունենա աղմուկների և գործընթացի փոփոխությունների նկատմամբ: Ֆիզիկական նախագծի լավարկման համար անհրաժեշտ են նոր ծրագրային գործիքներ, որոնք արագորեն կգեներացնեն մի քանի տիպի ֆիզիկական նախագծեր և մոդելավորման միջոցով կընտրեն դրանցից լավագույնը: Ատենախոսությունը նվիրված է ծրագրային ապահովման գործիքի մշակմանը, որը նախատեսված է անալոգային ԻՍ-երի ֆիզիկական նախագծման լավարկման համար՝ հաշվի առնելով վերը դիտարկված նախագծման բարդությունները: Այն պահանջում է շատ քիչ ժամանակ, որպեսզի տրվեն մուտքային տվյալները և խնդրի դրվածքը: Գործիքը կարճ ժամանակում տալիս է ճշգրիտ և միանգամից կիրառելի արդյունքներ, այն բավականին ճկուն է և կարելի է օգտագործել ամեն տիպի ԻՍ–երի ֆիզիկական նախագծման ժամանակ: Մշակվել է ռեզիստորների և կոնդեսատորների համապատասխանեցման նոր մեթոդ, որը ֆիզիկական նախագծում տարրերի հատվածների վրա արտաքին ազդեցությունների հավասարաչափ բաշխման շնորհիվ, ապահովում է ռեզիստորների և կոնդեսատորների համապատասխանեցման զգալի աճ: Առաջարկված մեթոդը փորձարկվել է դիֆերենցիալ ուժեղարարի ֆիզիկական նախագծի վրա, և համապատասխանեցման մեջ դրված դիմադրությունների տարբերությունը նվազել է 35%-ով համեմատած դասական համապատասխանեցման մեթոդների հետ: С развитием цифровых схем прогнозируется многократный рост потребности в проектировании аналоговых интегральных схем (ИС) в последующие годы. По сравнению с проектированием цифровых ИС, осуществляемым при использовании автоматических инструментов за счет минимальных усилий, аналоговое проектирование остается все еще сложной, трудоемкой задачей, связанной с большой тратой времени. В настоящее время аналоговое проектирование в большинстве случаев осуществляется вручную и опирается на знания и опыт проектировщика. Для начинающего специалиста проектирование высокоточной аналоговой ИС - весьма сложная задача. Для повышения эффективности и сокращения времени проектирования необходима разработка инструментов автоматизированного проектирования аналоговых ИС. Сложности, связанные с автоматизацией, следующие: в отличие от цифровых ИС, аналоговые ИС сверхчувствительны к шумам. Любой сдвиг напряжения, обусловленный шумом, может вызвать ошибку результата. Различают два типа шумов – случайные шумы и шумы окружения. Случайные шумы возникают при работе резисторов и активных элементов цепи. Шумы окружения возникают при большом количестве цифровых блоков, окружающих аналоговый блок. Множество переключений цифровых блоков создают большие динамические токи, воздействующие на чувствительные аналоговые узлы; интегрирование цифровых и аналоговых блоков осуществляется на одной платформе. Основная проблема в том, что аналоговые узлы сверхчувствительны к шумам, а цифровые узлы слишком шумные. Для решения этой проблемы проектировщики должны либо изолировать, либо защитить аналоговые узлы от цифровых. Автоматизированная система может быть не только полезной для обнаружения потенциальных сложностей такого типа, но и подсказать быстрое решение. Изменение технологического процесса и выдвигаемые при этом жесткие требования приводят к необходимости использования новых подходов при физическом проектировании аналоговых и радиочастотных схем. При высокоточном физическом проектировании важную роль играют такие факторы физического проектирования, как соответствие и соразмерность элементов, паразитные элементы, плотность токов в переходных соединениях и эффекты платформы. Для достижения высокой точности необходимо моделирование этих факторов в автоматизированных инструментах физического проектирования, что в действительности достаточно сложно. Эта сложность приводит к тому, что физическое проектирование аналоговых ИС в большинстве случаев осуществляется вручную. Физическое проектирование является одним из важнейших этапов проектирования аналоговых КМОП (комплементарные металл-оксидные полупроводники) ИС. Высококачественный физический проект должен быть малочувствительным к шумам и изменениям процесса. Оптимизация физического проектирования нуждается в новых программных инструментах, которые на большой скорости генерируют несколько типов физических проектов и методом симуляции выявляют оптимальный проект. Диссертация посвящена разработке инструмента программного обеспечения автоматизации физического проектирования аналоговых ИС с учетом рассмотренных выше сложностей проектирования. Этот инструмент требует малого времени для ввода данных и постановки задачи и за короткое время выдает точные и готовые к применению результаты. Он достаточно гибкий и может быть использован для физического проектирования ИС любых типов. The design of analog integrated circuits (IC) is supposed to be much more required in the nearest future. Compared with the design of digital ICs which is possible to implement by minimal efforts using automatic tools, the analog design still remains a complicated and time-consuming work. Up to now, most analog designs have been carried out by analog designers manually based on their knowledge and experience. For a beginner, it is rather difficult to design a highly accurate analog IC. It is necessary to develop tools for automated design of analog ICs to improve the efficiency and reduce the design period. The change in the technological process and great power needs require new approaches to the physical design of analog and radiofrequency circuits. In high-accuracy physical designs, the phenomena of physical design play a great role. These phenomena are: the element conformity and proportionality, parasitic elements, the current density in interconnections and the well phenomena. For high accuracy, it is necessary to model these phenomena in automated tools of physical design which, actually is very difficult and, in consequence, in many cases the physical design of analog circuits is carried out by the specialists manually. The physical design is one of the most important phases of the complementary metal–oxide–semiconductor (CMOS) analog IC design. A high-quality physical design should have low sensitivity to noises and process changes. To improve the physical design, new software tools are required which will rapidly generate several types of physical designs and select the best of them by simulations. The dissertation is devoted to the software tool development intended for the improvement of the analog IC physical design, taking into account the difficulties of design considered above. It requires very little time to introduce the input data and the problem statement. The tool produces accurate and instantaneous applicable results in a short time, it is rather flexible and can be used at the physical design of any type of ICs. A new method for matching the resistors and capacitors has been developed, ensuring a significant increase in the conformity of resistors and capacitors due to the uniform distribution of external impacts on the element sections in the physical design. The proposed method has been tested on the physical design of a differential amplifier, and the difference of the matched resistances has decreased by 35% as compared to the classical methods of matching. A topological realization of decreasing the well approximation phenomenon (WAP) by replacing the existing in the design P-MOS transistors by N-MOS transistors. Two physical designs of current mirror required for the SAED32/28 nm technological process have been developed - the first one with P-MOS transistors and the second one – with only N-MOS transistors. Due to the application of the abovementioned method, the WAP impact has decreased 10 ... 100 times.

      Item Type: Thesis (PhD)
      Additional Information: Исследование и разработка средств автоматизированного физического проектирования аналоговых интегральных схем. Development and investigation of automated physical design tools of analog integrated circuits.
      Uncontrolled Keywords: Касарджян Оганнес Геворгович, Kasarjyan Hovhannes Gevorg
      Subjects: Control, Automation and Electrical Engineering
      Divisions: UNSPECIFIED
      Depositing User: NLA Circ. Dpt.
      Date Deposited: 13 Oct 2016 15:15
      Last Modified: 31 Oct 2016 10:30
      URI: http://etd.asj-oa.am/id/eprint/3616

      Actions (login required)

      View Item