Alterungsanalyse integrierter CMOS-Schaltungen für den Einsatz in einem Messsystem zur Aufnahme neuronaler Signale
Nils Heidmann
Der Einsatz moderner CMOS-Technologien in sicherheitsrelevanten Applikationen, wie der Luftfahrt und der Medizinelektronik, erfordert ein hohes Maß an Zuverlässigkeit, um einen fehlerfreien Betrieb von Schaltungen über einen langen Zeitraum sicherzustellen. Die kontinuierliche Miniaturisierung von CMOS-Prozessen lässt aktuell eine steigende Bedeutung der Auswirkungen von Prozessvariationen und Alterungsmechanismen auf die Funktionalität von Schaltungen erkennen. Diese Einflüsse sind bereits im Entwurfsprozess zu berücksichtigen und eine Analyse der Auswirkungen ist auf allen Abstraktionsebenen des Schaltungsentwurfs durchzuführen, um die Zuverlässigkeit komplexer Systeme sicherzustellen.
Der Schwerpunkt dieser Arbeit liegt auf der Modellierung des Alterungsverhaltens von analogen Schaltungskomponenten auf höheren Abstraktionsebenen des Entwurfsablaufs. Hierzu werden zunächst Modellierungsverfahren vorgestellt, die mittels Approximation das Alterungsverhalten und die Variabilität durch Prozessvariationen von Schaltungen nachbilden. Durch ein automatisiertes Vorgehen zur Generation von Modellfunktionen und eine Umsetzung in eine Verhaltensbeschreibung kann das Verfahren für die Untersuchung unterschiedlicher Schaltungen eingesetzt werden.
Anhand eines analogen Neuro-Front-Ends zur Aufnahme neuronaler Signale wird eine Analyse einzelner Schaltungskomponenten durchgeführt und die Auswirkungen auf das Systemverhalten evaluiert. Im Rahmen dieser Arbeit werden zusätzlich Monitor-Strukturen vorgestellt, die eine Überwachung digitaler Schaltungen zur Laufzeit ermöglichen. Die Monitore werden in ein digitales Neuro-Front-End integriert und die Funktionalität sowie die Möglichkeit der Laufzeitüberwachung durch die Vermessung der integrierten Schaltung bestätigt und bewertet.
