Встраиваемые системы контроля параметров интегральных схем пикосекундного разрешения

• Автор: Чураев, Сергей Олегович
• Шифр специальности: 05.13.05
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2012
• Место защиты: Санкт-Петербург
• Количество страниц: 154 с. : ил.

Оглавление
Оглавление

Список сокращений и обозначений

Введение

1. Обзор существующих методов измерений параметров ЦЭИС

1.1. Задержки в ЦЭИС и их роль в моделировании цифровых схем

1.2. Основные методы измерения задержек ЦЭИС

1.3. Базовые встраиваемые измерительные схемы ЦИС

1.4. Интегральные преобразователи нониусного типа.

1.5. Альтернативные архитектуры ВЦП высокого разрешения.

1.6. Выводы по главе

2. Теорегические основы построения измерительных систем на кристалле
2.1. Прямая и обратная задача теории вероятности
2.2. Попадание равномерно распределенной случайной величины на
заданный интервал.
2.3. Переход от непрерывной к дискретной модели измерительного
процесса
2.4. Анализ модели измерения метода случайной выборки.
2.5. Вычисление длины участка при пуассоновском распределении
случайной величины
2.6. Метод реверсивной случайной выборки путем сокращения длины
неинформативных интервалов
2.7. Выводы по главе
3. Исследование общих вопросов оценки качества и оптимизации процесса измерения.
3.1. Общий критерий достоверности результата измерения
3.2. Частный критерий точности результата измерения.
3.3. Оптимизация по скорости и точности процесса измерения
3.4. Численный метод получения случайной последовательности с нормальным законом распределения.
3.5. Метод накопления фазовой ошибки
3.6. Выводы по главе.
4. Принципы построения встраиваемых измерительных
систем на кристалле
4.1. Аппаратная реализация метода случайной выборки.
4.2. Измерение времени задержки в элементах памяти методом случайной
выборки
4.3. Использование метода случайной выборки для определения критических путей и избыточной функциональности встраиваемых модулей.
4.4. Использование технологического разброса и метода накопления фазовой ошибки для построения случайных генераторов и суперстабильных временных генераторов на кристалле
4.5. Особенности построения и архитектуры встраиваемых тестовых модулей контроля и диагностики интегральных схем.
4.6. Выводы по главе
Заключение.
Список литературы


Научная новизна работы состоит в обосновании нового научного подхода к вопросу проектирования и реализации встраиваемых измерительных модулей пикосекундного разрешения на кристачле, глубоком теоретическом обосновании методов с последующей практической реализацией, имеющей важное народнохозяйственное значение в области контроля качества и диагностики ИС, а также при создании качественных моделей элементов ИС для САПР. В результате проведенных исследований автором получены следующие основные научные результаті,! Предложен и исследован МСВ, на базе решения обратной задачи теории вероятности, для определения времени задержки по фронту и спаду в единичном элементе ЦИС с пикосекундным разрешением. На базе МСВ разработан МРСВ обеспечивающий сокращение неинформативных участков измерения и увеличивающий соотношение информативных и неинформативных интервалов в среднем в 3. Адаптирован метод случайной выборки для определения времени задержки в элементе памяти, инерционной задержки логических вентилей, критических путей синтезированной схемы и детектирование избыточной функциональности встраиваемых модулей. Выявлены ранее не описанные в литературе свойства разработанной системы обеспечивать измерение временных интервалов с пикосекундным разрешением при использовании комбинации случайных частот на входах системы. Предложен МГЛ, обеспечивающий измерение временного интервала с использованием нормального времени переключения случайного сигнала, что позволяет увеличивать точность и уменьшать время измерительного процесса. Обосновано использование мультимодальных распределений в специализированных генераторах для формирования времени переключения случайного сигнала. Предложен метод повышения стабильности генерации частоты с использованием управляемого массива идентичных кольцевых генераторов с контролем ухода фазы, а также с использованием естественного технологического разброса каждого из генераторов. Введены критерии точности и достоверности для измерительного процесса. Разработан МНФО для измерения времени задержки с использованием идентичных кольцевых генераторов. Метод случайной выборки для измерения времени задержки в элементе ЦИС с использованием фронтов равномерно распределенного на интервале измерения случайного сигнала. Метод реверсивной случайной выборки, обеспечивающий сокращение длины неинформативных интервалов измерения, за счет использования случайного сигнала на входе тестируемого элемента ЦИС. Метод Гауссовой линзы, обеспечивающий исследование границ информативной области участка измерения и позволяющий уменьшить время тестирования. Метод накопления фазовой ошибки в кольцевых генераторах, не использующий генерацию случайной последовательности импульсов. Критерии точности и достоверности результата измерения. Практическая ценность. Полученные тестовые данные и сравнение с теоретическими расчетами подтверждают возможность измерения на кристалле времени задержки элементов с пикосекундным разрешением средствами ВСКиДИС. Разработчики цифровых библиотечных элементов получают мощный и точный инструмент верификации библиотек. Низкая стоимость реализации метода и малая площадь, занимаемая на кристалле, определяют новый вектор в использовании данных устройств в качестве систем контроля работоспособности ИС в реальном режиме времени и валидации моделей ЦЭИС. Дополнительным плюсом является и то, что метод позволяет передавать тестовые данные в автоматическом режиме, без использования оператора. Использование экстраполяционых методик при их аппаратной реализации позволит существенно сократить время тестирования ИС с целью увеличения соотношения сигнал/шум, а также использовать такого рода тестовые модули в виде коммерчески реализуемых высокоточных сенсорных систем на кристалле различного назначения. Впервые предложенный метод был реализован автором в декабре года на базе Южно-Корейской полупроводниковой фабрики Dongbu Ні-Тек, что подтверждено тремя публикациями в журналах ІЕЕЕ и выступлениями на различных конференциях, как в России, так и за рубежом. Апробация работы. V научно-техническая конференция молодых специалистов по радиоэлектронике, Российская Федерация, г. Санкт-Петербург, ОАО «Авангард», апреля г. ХЬ научная и учебно-методическая конференция СПбГУ ННУ ИТМО, Российская Федерация, г. Санкт-Петербург, 1-4 февраля г. СР1 1, Кота-Кинабала, Малазия, г.