автореферат диссертации по информатике, вычислительной технике и управлению, 05.13.12, диссертация на тему:Прогнозирование и оптимизация начальной схемной надежности с учетом дестабилизирующих факторов в САПР микросхем

На правах рукописи

РГВ од

"С ЯН" "\0

МУРАТОВ Василий Александрович

ПРОГНОЗИРОВАНИЕ И ОПТИМИЗАЦИЯ НАЧАЛЬНОЙ СХЕМНОЙ НАДЕЖНОСТИ С УЧЕТОМ ДЕСТАБИЛИЗИРУЮЩИХ ФАКТОРОВ В САПР МИКРОСХЕМ

Специальность 05,13.12 - Системы автоматизации проектирования

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Воронеж - 2000

Работа выполнена на кафедре "Конструирование и производство радиоаппаратуры" Воронежского государственного технического университета

» I

Научный руководитель доктор технических наук, профессор

Шишкин В.М.

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор

Кофанов Ю.Н.;

кандидат технических наук, доцент Кострова В.Н.

Ведущая организация Федеральный научно- производственный центр

"Воронежский НИИ связи"

Защита диссертации состоится 22 декабря 2000 года в 15й в конференц-зале на заседании диссертационного совета Д 063.81.02 при Воронежском государственном техническом университете по адресу: 394026, Воронеж, Московский просп., 14.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Воронежского государственного технического университета.

Автореферат разослан "22" ноября 2000 г.

Ученый секретарь диссертационного совета

Львович Я.Е.

И в, о

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ /

Актуальность темы. Непрерывно возрастающие требования к техническим характеристикам микросхем приводят к необходимости совершенствования технологии их проектирования и производства.

При проектировании микроэлектронной аппаратуры (МЭА) особую значимость приобретают вопросы прогнозирования и оптимизации ее статистических характеристик в условиях воздействия эксплуатационных факторов.

Учитывая, что сложность микроэлектронных устройств (МЭУ) постоянно растет, что требования к качественным характеристикам также повышаются, задача разработки высоконадежной аппаратуры может быть решена при дальнейшем совершенствовании, развитии и внедрении систем автоматизированного проектирования (САПР), в том числе систем схемотехнического проектирования (ССП) при использовании современной информационной технологии проектирования.

Одним из важнейших показателей качества микросхемы являются статистические характеристики ее функциональных параметров при заданных входных воздействиях. Входные воздействия включают в себя: статистический разброс параметров элементов и компонентов микросхем, определенный для данного базового технологического процесса; дестабилизирующие факторы (ДФ), влияющие на работоспособность микросхем.

Известные отечественные (ДИСП-ГТК, АСОНИКА, КАПР-3 и др.) и зарубежные (Pspice, Biter, Mikro - Cap, Saber) программные комплексы и системы, предназначенные для автоматизированного проектирования электронных схем и МЭУ, не позволяют прогнозировать и обеспечивать, в условиях воздействия ДФ надежность схемных функций аналоговых интегральных схем (ИС) и микросборок (МСБ), так как не имеют проблемно-ориентированных подсистем с соответствующей информационной базой, математическим и программным обеспечением.

Решению вопросов, связанных с исследованиями в этой области, посвящен ряд работ, выполненных на кафедрах САПР и ИС, КиПРА Воронежского государственного технического университета. В частности, разрабатывались алгоритмы и модели для надежностного схемотехнического проектирования аналоговых микроэлектронных устройств.

Однако недостаточно разработаны методы статистической оптимизации и сокращения затрат машинного времени при статистических расчетах в условиях комплексного воздействия ДФ, отсутствует системный подход к оценке характеристик надежности элементов МЭУ (заключающийся в разработке методов совместного учета априорной и текущей информации), не используется проверка однородности представленной информации (при задании исходной статистической информации о параметрах элементов и компонентов микросхем), позволяющая обоснованно объединить статистические данные, полученные на разных этапах исследования.

Таким образом, актуальность темы определяется необходимостью сориентировать существующие программные комплексы схемотехнического проектирования на статистическое моделирование аналоговых МЭУ и развить теоретический аппарат в направлении разработки методов, алгоритмов и моделей для повышения эффективности ССП за счет прогнозирования начальной схемной надежности микросхем с учетом комплексного воздействия ДФ.

Диссертационная работа выполнена в соответствии с межвузовской комплексной программой 12.11. "Перспективные информационные технологии в высшей школе" и в рамках одного из основных направлений Воронежского государственного технического университета "Системы автоматизации проектирования производства".

Цель работы и задачи исследования - разработка методов и алгоритмов получения вероятностных моделей элементов и компонентов микросхем для использования их на этапе схемотехнического и конструкторского проектирования и создание на их основе проблемно-ориентированной подсистемы прогнозирования и оптимизации схемной надежности аналоговых микросхем с учетом комплексного воздействия дестабилизирующих факторов.

Основными задачами работы являются:

- формирование вероятностных моделей пассивных и активных элементов и компонентов аналоговых МЭУ, учитывающих влияние ДФ для повышения эффективности ССП аналоговых МЭУ;

- оценка числовых характеристик законов распределения параметров микросхем с использованием метода максимального правдоподобия;

- разработка алгоритмов автоматизированного моделирования активных компонентов микросхем;

- разработка программных модулей формирования статистических моделей элементов и компонентов микросхем, учитывающих влияние конструктивно-технологических факторов, режима по постоянным составляющим, частоты и дестабилизирующих факторов для повышения точности исходной информации;

- реализация предложенных алгоритмов и моделей в подсистеме прогнозирования и оптимизации начальной схемной надежности микросхем;

- разработка информационного и программного обеспечения и анализ эффективности их использования в специализированной подсистеме.

Методы исследования основываются на теории системного анализа, методах вычислительной математики, объектно-ориентированного программирования, теории цепей и полупроводниковых приборов, а также на новых информационных технологиях.

Научная новизна.

1. Метод повышения эффективности ССП МЭУ за счет прогнозирования начальной схемной надежности микросхем в условиях воздействия дестабилизирующих факторов, основанный на оценке вероятностных характеристик параметров элементов и компонентов микросхем при использовании метода максимального правдоподобия.

2. Теоретико-вероятностные модели элементов и компонентов аналоговых микросхем, используемые при статистических расчетах и оптимизации, отличающиеся учетом случайного разброса статического режима и влияния ДФ.

3. Метод представления режимной зависимости параметров элементов эквивалентной схемы транзистора, позволяющей упростить вычислительные процедуры при формировании библиотеки моделей активных компонентов.

4. Алгоритм автоматизированного формирования модели АК микросхем, отличающийся учетом стохастической взаимосвязи между параметрами модели.

5. Алгоритмические процедуры анализа и идентификации параметров моделей активных компонентов МЭУ, позволяющие учесть влияние режимных, частотных, температурных и радиационных факторов. Предложена математическая модель надежности микросхем в условиях неопределенности исходной информации или недостаточности объема статистических данных об отказах элементов и компонентов на основе теории размытых функций.

6. Подсистема прогнозирования и оптимизации начальной схемной надежности, отличающаяся возможностью разработки аналоговых микросхем с повышенной эксплуатационной надежностью, основу математического, программного и информационного обеспечения которой составляют предложенные методы, модели и алгоритмы.

Практическая ценность.

Представленные в диссертации исследования являются результатом научной работы, проведенной в Воронежском государственном техническом университете в рамках хоздоговорных и госбюджетных научно-исследовательских работ.

Практические результаты выполненных в диссертационной работе исследований можно разделить на две части, имеющие значение для научных применений и инженерных задач. В научном плане развитые и разработанные методы, модели и алгоритмы являются основой для развития математического обеспечения САПР аналоговых МЭУ, они нашли применение для разработки программного обеспечения подсистемы прогнозирования и оптимизации начальной схемной надежности микросхем. Прикладное значение работы связано с созданием ряда инженерных методик и программных средств, ориентированных на пользователей-схемотехников с предоставлением им доступных средств оптимального проектирования и позволяющих решать на этапе схемотехнического проектирования задачи разработки аналоговых МЭУ с повышенной начальной схемной надежностью с учетом влияния ДФ.

Реализация и внедрение результатов работы.

Результаты работы внедрены и используются в АООТ «ОКБ ПРОЦЕССОР», НИИЭТ, НИИ "Вега" (г. Воронеж).

Научные результаты внедрены в учебный процесс Воронежского государственного технического университета по специальности: 200800- «Проектирование и технология радиоэлектронных средств».

Апробация работы.

Научные результаты и положения диссертационной работы докладывались и обсуждались на следующих конференциях и семинарах:

Международной научно-технической конференции «Актуальные проблемы анализа и обеспечения надежности и качества приборов, устройств и систем» (Пенза, 1998); Всероссийском совещании-семинаре «Высокие технологии в региональной информатике» (Воронеж, 1998); Международной научно-технической конференции и Российской научной школе «Системные проблемы надежности, математического моделирования и информационных технологий» (Москва, 1998, 1999,2000); VI Международной научно-технической конференции «Актуальные проблемы твердотельной электроники и микроэлектроники» (Таганрог, 1999); Всероссийской конференции «Интеллектуальные информационные системы» (Воронеж, 1999, 2000); Всероссийской научно-технической конференции молодых ученых и студентов, посвященной 104-й годовщине Дня Радио «Современные проблемы радиоэлектроники» (Красноярск, 1999, 2000); IV Международной электронной научной конференции «Современные проблемы информатизации» (Воронеж, 1999); научно-технических конференциях Воронежского государственного технического университета в 1998-2000 гг.

Публикации.

Основные результаты диссертации опубликованы в 24 печатных работах.

Структура и объем работы.

Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, заключения, изложенных на 159 страницах, содержит 25 рисунков, 15 таблиц, список литературы из 123 наименований и 4 приложения.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обосновывается актуальность темы диссертационной работы, формируется цель, научная новизна, практическая значимость полученных результатов, излагается краткое содержание глав.

В первой главе в методологическом аспекте рассмотрены особенности автоматизированного схемотехнического проектирования с целью прогнозирования и оптимизации начальной схемной надежности аналоговых микросхем с учетом влияния ДФ.

В настоящее время широко известные отечественные и зарубежные программные комплексы ПАЭС, МАРС, МОДЕЛЬ, БЬ 2000 в основном ориентированы на проектирование монолитных логических БИС и не содержат в своем составе специализированных подсистем прогнозирования и оптимизации схемной надежности аналоговых микросхем с учетом комплексного воздействия ДФ, что значительно снижает их эффективность.

Для автоматизации схемотехнического проектирования МЭУ предполагается использование как универсальных, так и специализированных программных комплексов и систем. Универсальные комплексы предназначены для автоматизированного проектирования схем и устройств широкого класса, для ре-

шения задач их анализа и оптимизации. Однако при схемотехническом проектировании аналоговых ИС и микросборок (МСБ), стойких к воздействию ДФ, необходимо учитывать ряд требований и особенностей, игнорирование которых может привести к нерациональному и неоправданному усложнению универсальных программ. Основными из них являются: схемотехническое построение аналоговых МЭУ; режимы работы их активных компонентов (АК); широкий частотный диапазон; наличие паразитных связей между элементами на подложке; зависимости вероятностных характеристик параметров элементов и компонентов, а также функциональных параметров схем от уровня ДФ.

Анализ составных частей и методов современных ССП, результатов их практического исследования, а также методов моделирования и оптимизации микросхем показывает, что эффективность проектирования аналоговых ИС и МСБ с точки зрения прогнозирования их начальной схемной надежности при учете влияния комплексного воздействия ДФ может быть значительно повышена, и соответственно расширена область применения САПР.

Основными путями повышения эффективности автоматизированного проектирования аналоговых МЭУ с учетом влияния ДФ являются следующие:

- разработка, систематизация информационной базы аналоговых МЭУ с учетом влияния ДФ;

- разработка математического и программного обеспечения ССП аналоговых МЭУ для точного и быстрого построения их вероятностных моделей и макромоделей, ориентированных на учет влияния комплексного воздействия

ДФ;

- автоматизация оптимизированных процедур по критериям максимизации начальной схемной надежности;

- развитие ССП па базе ПЭВМ в направлении совершенствования диалогового взаимодействия, повышение универсализации и гибкости системных сервисных программ.

Рассмотрены особенности, характеристики и основное функциональное назначение отдельных подсистем в наиболее известных интегрированных САПР МЭУ, обоснован выбор для цепей сквозного проектирования аналоговых МЭУ системы DESIGN CENTER. Показано место проблемно-ориентированной подсистемы прогнозирования и оптимизации схемной надежности аналоговых микросхем в рамках интегрированной САПР DESIGN CENTER (см. рисунок) На линиях связи указаны стандартные расширения имен файлов, с помощью которых происходит обмен информацией между отдельными модулями. Наряду с утилитами системы DESIGN CENTER в состав подсистемы прогнозирования и оптимизации схемной надежности аналоговых микросхем включены следующие программные модули:

ESXT - формирование файлов эквивалентных схем по постоянным и переменным составляющим;

LGISV.EXE - прогнозирование вероятностных характеристик статического режима микросхем с учетом ДФ;

POSNM.EXE - прогнозирование и оптимизация схемной надежности микросхем;

SXPK. - формирование библиотеки статистических характеристик параметров математических моделей элементов и компонентов с учетом влияния ДФ (в файлах с расширением .LIB).

Структурная схема подсистемы прогнозирования и оптимизации схемной надежности аналоговых микросхем

Проведение простейших видов анализа характеристик микросхем во временной и частотных областях осуществляется с помощью отдельной программы Micro-Cap III, которая интегрируется в систему DESIGN CENTER. В заключении формируется цель и задачи исследования.

Во второй главе рассмотрены вопросы выбора и обоснования вероятностных моделей элементов и компонентов аналоговых микросхем. Анализ экспериментальных данных позволил установить: параметры пассивных элементов ИС и МСБ с высокой достоверностью аппроксимируются нормальным законом; параметры элементов эквивалентной схемы транзистора (ЭСТ) распределены по закону близкому к логарифмически нормальному; распределения низкочастотных h-параметров активных компонентов (АК) аппроксимируются законом Вейбулла. Универсальность применения распределения Вейбулла в задачах надежности обусловливается широкими возможностями вариации его формы. Проверка согласия опытного распределения с теоретическим осуществлялась с помощью критериев согласия и метода вероятностных бумаг. Установлены стохастические связи между параметрами пленочных элементов микросхем, а также между параметрами элементов ЭСТ и h- параметрами АК, изменяющиеся в зависимости от типа транзистора и от уровня ДФ.

В работе обосновано использование эквивалентных схем биполярного транзистора (БТ) и полевого транзистора (ПТ) для малосигнальной модели. Для расчета высокочастотных Y- параметров интегральных бескорпусных транзисторов в соответствии с эквивалентной схемой необходимо знание шести параметров модели Ро. I Pf I. hi is, С„ т, и г6, задаваемых в технических условиях или определяемых экспериментально. Дня использования данной модели при построении автоматизированных процедур прогнозирования и оптимизации схемной надежности аналоговых микросхем в условиях воздействия ДФ исследованы вероятностные характеристики ее параметров в зависимости от случайного разброса электрического режима, температуры и интегрального потока некоторых видов ионизирующих излучений (ИИ).

В результате анализа экспериментальных данных определены параметры модели, зависящие от режима, температуры, старения и уровня ИИ, получены их экспериментальные зависимости. Для автоматизированного построения моделей АК режимные зависимости аппроксимированы показательными функциями, температурные и старения- линейными, а радиационные- квадратичными. Эти зависимости приведены в таблице.

Данные о старении элементов и компонентов микросхем показывают, что изменения их параметров являются случайными функциями времени, которые с достаточной для инженерных расчетов точностью можно аппроксимировать линейными функциями.

Среднеквадратические отклонения параметров элементов и компонентов микросхем, обусловленные воздействием ДФ, определяются выражением

аЛФ(Ч>Д^(т1)Чном.

Номер Параметр модели Зависимости от

тока коллектора температуры старения ИИ

1 Ро о н Т m PO 1к Ро"(1+ +0.006ДТ) Ро"(1+ +0.006Дт) po(LgO)2+B,+ +в2

2 ЬибИли g2! h"116Ikn Ьниб(1+ +О.ООЗДТ) g" 2.(1--0.006ДТ)

3 Со или 1р.1 Св+Сп1к 1 0Н1 1 1к' С"о(1--0.003ДТ С"0(1+ +0,006Дт)

4 ГБ гНБ(1+ +0.002ДТ) р„ивФ)2+в,Ф + +В2

5 Ск - - С"к(1+ +0.007Дт) -

6 Ск - - - -

7 s S"IKK SM(1-0.005AT) Po"(Lg®)2Pi" ЬЙФ+(Ь

Сравнение экспериментальных данных параметров модели ЛК с расчетными по аппроксимированным зависимостям показывает достаточно малую погрешность аппроксимации, не превышающую 5 %.

Учитывая, что адекватность прогнозирования начальной схемной надежности микросхем зависит от вероятностных характеристик параметров элементов и компонентов, в работе проведена оценка числовых характеристик непрерывных двух- и трехпараметрических плотностей распределения параметров микросхем с использованием метода максимального правдоподобия. С этой целью получены: асимптотически нормальные и аффективные оценки параметров; дисперсии оценок параметров, характеризующие статистическую точность; ковариации параметров непрерывных двух- и трехпараметрических плотностей распределения (Гаусса, Вейбулла, логнормального).

Для определения оценок максимального правдоподобия параметров распределения Гаусса m и ст" решается система уравнений.

dLnL(m,a,x) 1 п .

----= —-1(л/-ш) = 0

dm а ы

dLnL(m, а, х) п п " 2 л

---=--- +-—-I(x/-w) =0

да 2а2 2(а2)2 ы

л 1 п \ п л

откуда получаем ш = — £ Л", ;<т = -т) .

п /=| 1=1

Используя метод максимального правдоподобия при наличии больших объемов выборки можно произвести оценивание дисперсий вектора оценок 9 для непрерывных двухпараметрических плотностей (Гаусса, логнормального). С этой целью составлена информационная матрица Фишера га., а,

Ч"21

*\1 а22

где

_ д (т,а,х) 8т 2

£ (*, - т)

^-=0 ;

а, 2 = а7, =

21

д ЬпЬ (т,сг,х) дтдст

а 22 =-

д ЬпЦт,аг,х) д(*2)2

2а"

Дискриминант информационной матрицы Фишера определяется как

2 «2 013=ац а22 - ап =-.

2(т6

Дисперсии и ковариации оценок тип для двухпараметрических плотностей распределения параметров микросхем определяются из ковариационной матрицы V, которая является обратной информационной матрице Фишера-1

где Б у =

О

Рг\ °

12 '22/

В{91) при! =

со\'(|9, при 1Ф ].

Дисперсия параметров тис определяется соответственно по формулам:

а

Ц,2=-ам/0;5=—.

п

Ковариация оценок т и о2 рассчитывается следующим образом:

соу(т,ст2)=-а|2/Т)1з=0. В диссертации по предложенной методике проведена оценка числовых характеристик непрерывной трехпараметрической плотности распределения Вей-

булла параметров микросхем; при этом трансцендентная система уравнений решена на ЭВМ численным методом Ньютона-Рафсона.

Статистический анализ функциональных параметров аналоговых микросхем на базе метода Монте-Карло проводится с учетом реальных распределений параметров элементов и компонентов, имеющих стохастическую взаимосвязь. С этой целью разработана автоматизированная процедура моделирования многомерного вектора с заданной корреляционной матрицей, с использованием метода линейного преобразования. Суть метода заключается в том, что вначале генерируется независимый нормально распределенный случайный вектор Е, с параметрами (0,1), затем он преобразуется в случайный вектор Г| с заранее заданной матрицей вторых моментов. Алгоритм выработки реализации случайного вектора г| сводится к умножению реализации вектора \ с независимыми случайными координатами на матрицу линейного преобразования I IА | |. Получены рекуррентные выражения коэффициентов а,* треугольной матрицы линейного преобразования:

аПк ~~т== ,п=ЦУ;к=1;

_ _

апк=Д„* -2>Л, п=1,Лг, к=2,Лг;

Зпп-

, п=к, к=2,Л'.

/=1

Треугольная матрица А для формирования вектора с зависимыми координатами параметров ||/?о>|/?| ¡^оЦ интегрального бескорпусного транзистора имеет вид

Л =

г\г ГЗ ~3

- д/О-2-СГ,

о

•Щ-

СГ,

а; - а.

В подсистеме использована подпрограмма GENERATOR, которая осуществляет переход от вектора независимых нормально распределённых случайных величин к вектору зависимых логарифмически нормально распределенных случайных величин с заданной корреляционной матрицей. Эта подпрограмма используется для генерации параметров математической модели транзисторов при статистическом моделировании микросхем.

Разработанные в главе модели и алгоритмы их построения и расчёта являются составной частью математического обеспечения подсистемы прогнози-

рования и оптимизации начальной схемной надёжности микросхем, а значения вероятностных характеристик их параметров и коэффициенты аппроксимирующих функций - основой библиотеки данных.

Третья глава посвящена разработке математического (МО) и программного обеспечения (ПО) проблемно-ориентированной подсистемы,основанных на применении метода статистического моделирования (Монте-Карло).

При решении задач прогнозирования начальной схемной надёжности микросхем возникает необходимость в проверке однородности статистических выборок, полученных на различных этапах наблюдений. В диссертации предлагается подход к решению вопроса об однородности информации, основанный на статистической теории подобия.

В стохастической постановке принято считать, что гипотеза об однородности статистических выборок Но принимается с уровнем значимости а, если статистика критерия р находится в пределах нижней и верхней границ доверительного интервала, информация однородна, если ре(рц, рп). Для нормального, усечённого нормального и логнормального распределения параметров микросхем получено выражение для статистики критерия р:

(

г2 , О-")2

1 и2-

- + —

п к

\

))

1+Ф

к4щ-+-

^ п

1 и

_ +—

п к V /у

к п

^п к

1 и п к

\

1

4пк

г 2

1 и1

-+—

п к

\

ех{

г4гщ "+-

1 иг

-+—

п к

Зная плотность распределения критерия р, определим границы доверительного интервала для заданного уровня доверительной вероятности 1 -а. Для этого последнее выражение подставляется в соотношения точных доверительных границ:

Рп

^Рр(х)<1х = а,

о

]>„(х)<& = а,

Рп

из которых определяется рм и рн, Эта задача решена на ЭВМ по разработанной процедуре.

Принимая во внимание, что вероятные характеристики функциональных параметров микросхем зависят от случайного разброса статического режима, в работе исследованы статистические характеристики параметров, определяющих режим по постоянному току с учётом воздействия ДФ. С использованием программного модуля "Статика" проведена оценка нестабильности статического режима АК ряда МСБ, вызванной влиянием ИИ. Разработан алгоритм прогнозирования серийноспособности микросхем при воздействии дестабилизирующих факторов, позволяющий на этапе схемотехнического проектирования микросхем оценить вероятностные характеристики их функциональных параметров. Предложен метод статистической оптимизации, позволяющий учитывать статистические связи между параметрами элементов, реальные законы распределений случайных величин и уменьшать затраты машинного времени за счёт автоматического определения объёма выработки на каждом из шагов итерации. Предложенный объектно-ориентированный подход к реализации программного комплекса моделирования микросхем позволил существенно упростить реализацию и уменьшить сроки проектирования программы по сравнению с процедурным подходом.

Информационное обеспечение проблемно-ориентированной подсистемы, а также анализ эффективности использования данной подсистемы на этапе схемотехнического проектирования микросхем рассмотрены в четвертой главе. Для схемотехнического проектирования аналоговых микросхем и прогнозирования их вероятных характеристик в условиях эксплуатации при воздействии различных ДФ в состав информационного обеспечения (ИО) подсистемы должна входить специализированная библиотека параметров математической модели компонентов (ММК), включающая как параметры ММК и их статистические характеристики при нормальных условиях, так и их зависимости от уровней различных ДФ в виде аппроксимирующих функций и коэффициентов. В качестве модели данных в базе данных САПР аналоговых микросхем используется реляционная модель данных.

Наряду с созданием библиотеки разработана программа "Система управления библиотекой математических моделей компонентов" (СУБ ММК), которая в САПР аналоговых микросхем выполняет функцию системы управления базой данных, и которая предназначена для создания, модифицирования и поиска данных о ММК электронных микросхем.

Система предоставляет пользователю удобный дружественный интерфейс: многооконность, многоуровневое меню, "мышь" и рассчитана в первую очередь на пользователя инженера-схемотехника. В подсистеме предусмотрен специализированный редактор базы данных параметров транзистора, позволяющий получить доступ к любому полю описания транзистора для его редактирования. Описание всех транзисторов, входящих в состав моделируемой схемы, должно сохраняться в одном файле, имя которого передаётся программе обслуживания базы данных или программе моделирования. Одной из важ-

ных задач, возникающих при моделировании электронных схем, является задача автоматического формирования матрицы проводимости схемы с учётом схемных связей между элементами, входящими в схему. При малых размерностях матриц проводимостей это не вызывает затруднений. Сложность заключается в том, что описание схемы представлено в символьном виде и в общем случае заранее неизвестны ни степень связности элементов, ни их число. Для представления сложных схем, содержащих несколько сотен элементов, требуются большие объёмы оперативной памяти, в то время как для представления небольших схем требуемые объёмы памяти существенно меньше. Поэтому целесообразно при трансляции описания схемы использовать динамические типы данных и указатели.

Широко известные программы моделирования электронных схем, например pSpice, используют для ввода информации текстовые файлы. Для сложных схем редактирование и ввод подобной информации представляет определенные трудности. Кроме того, пользователь должен знать язык описания, имена математических моделей и их параметры. Возможны также ошибки ввода значений параметров модели, что может привести к аварийной остановке программы в процессе вычислений. Все эти трудности можно решить при написании дружественной пользователю программы ввода и редактирования файла описания схемы.

Реализация подобной программы выполнена на современном языке программирования Object Pascal, которая имеет широкие возможности визуального проектирования пользовательского интерфейса. В качестве среды разработки была выбрана программа Delphi 3.0.

Разработанная программа функционирует в трех режимах: добавление элемента, редактирование описания элемента, просмотр информации в файле описания.

В режиме просмотра файла описания доступна следующая информация: число узлов схемы, общее число элементов, число элеме1ггов, использующих одинаковые математические модели, информация по отдельному элементу (вид и параметры математической модели, узлы подключения, список смежных элементов), информация по отдельному узлу - список подключенных элементов.

Режим ввода: выбор математической модели, ввод узлов подключения, ввод параметров модели.

Режим редактирования: изменение параметров модели, изменение узлов подключения.

Имеется возможность непосредственной корректировки и просмотра файла описания.

Проведено тестирование работоспособности и эффективности программного комплекса для ряда отечественных аналоговых микросборок, которые составляют основу прнемоусилительных трактов аппаратуры связи. В качестве основных выходных функциональных параметров для проектируемых МСБ приняты усилительно-импедансные характеристики на рабочей частоте или в диапазоне частот. Приведенные примеры схемотехнического проектирования с

целью прогнозирования начальной схемной надежности микросхем показывают как правильность построения специализированной подсистемы, так и надежность ее математического и программного обеспечений.

Основные результаты работы.

1. Проанализированы возможности промышленных интегрированных САПР МЭУ с позиций использования для прогнозирования и оптимизации начальной схемной надежности аналоговых интегральных схем и микросборок.

2. Предложена и исследована вероятностная модель активного компонента микросхем, учитывающая случайный разброс статического режима и обобщенные зависимости параметров модели активного компонента от режима, температуры и ионизирующих излучений, на основе которой разработана структурная схема алгоритма и программа расчета статистических характеристик Y-параметров биполярного транзистора с учетом комплексного влияния дестабилизирующих факторов.

3. Произведена оценка числовых характеристик непрерывных двух- и трехпараметрических плотностей распределения параметров микросхем на основе использования метода максимального правдоподобия.

4. При использовании параметрических и непараметрических методов оценки однородности статистических выборок предложена методология использования объединенной оценки, полученной в результате совместного учета текущей и априорной информации о параметрах элементов и компонентов микросхем.

5. Разработана автоматизированная процедура моделирования многомерных случайных векторов параметров микросхем с заданной стохастической зависимостью для произвольных законов распределения .

6. Создано программное обеспечение подсистемы прогнозирования и оптимизации начальной схемной надежности аналоговых микросхем с учетом комплексного воздействия ДФ в среде операционной системы MS-DOS на ПЭВМ типа IBM PC AT, включающее следующие функциональные части:

управляющую программную оболочку, обеспечивающую информационные связи для выполнения расчетных процедур и дружественный интерфейс с пользователем на основе многоуровневого меню; набор модулей проектирования; модуль управления библиотекой; библиотечные файлы данных.

Полученные в работе научные результаты внедрены в учебный процесс, в практику научно-исследовательских и опытно-конструкторских работ АООТ "ОКБ ПРОЦЕССОР", НИИЭТ, НИИ "Вега" (г. Воронеж).

Программно-методический комплекс прогнозирования и оптимизации начальной схемной надежности аналоговых микросхем и отдельные его процедуры зарегистрированы в:-Государственном фонде алгоритмов и программ Российской Федерации.

Суммарный годовой экономический эффект от внедрения разработанных в диссертации моделей, алгоритмов и средств проектирования аналоговых микросхем составил в 1998 году 56 тыс. р.

Основные результаты диссертации опубликованы в следующих работах:

1. Муратов В.А., Чертков P.A., Шишкин В.М. Математическое моделирование температурной зависимости высокочастотных параметров интегральных бескорпусных транзисторов // Актуальные проблемы анализа и обеспечения надежности и качества приборов, устройств и систем: Тез. докл. Междунар. техн. конф. Пенза, 1998. С.249-250.

2. Мещеряков М.В., Муратов В.А, Шишкин В.М. Структура автоматизированной подсистемы прогнозирования начальной схемной надежности аналоговых микросхем // Актуальные проблемы анализа и обеспечения надежности и качества приборов, устройств и систем: Тез. докл. Междунар. техн. конф. Пенза, 1998. С.250.

3. Гордеев А.Н., Муратов В.А., Шишкин В.М. Моделирование параметров интегральных бескорпусных транзисторов с учетом влияния температуры // Высокие технологии в региональной информатике: Всерос. совещание-семинар. Воронеж, 1998.4.2. С. 156-157.

4. Муратов В.А.,Трубчанинов В.А., Шишкин В.М. Моделирование законов распределения функциональных параметров микросхем с учетом случайного разброса статического режима // Высокие технологии в региональной информатике: Всерос. совещание-семинар. Воронеж, 1998, 4.2. С. 158-159.

5. Муратов В.А., Трубчанинов В.А., Шишкин В.М. Подсистема автоматизированного моделирования законов распределения функциональных параметров // Системные проблемы надежности и математического моделирования и информационных технологий: Междунар. науч.-техн. конф. и Российская шк. молодых ученых и специалистов. Москва-Сочи, 1998.4.4. С.74-75.

6. Муратов В.А., Трубчанинов В.А., Шишкин В.М. Вероятностная модель активных компонентов ГИС // Автоматизация и моделирование в автоматизированных системах: Межвуз. сб. науч. тр. Воронеж, 1998. С.48-52.

7. Муратов В.А. Оценивание характеристик начальной схемной надежности микросхем // Проблемы обеспечения надежности и качества приборов, устройств и систем: Межвуз. сб. науч. тр. Воронеж, 1999. С.48-52.

8. Гордеев А.Н., Муратов В.А., Шишкин В.М. Прогнозирование начальной схемной надежности функциональных параметров аналоговых микросборок в зависимости от температуры // Проблемы обеспечения надежности и качества приборов, устройств и систем: Межвуз. сб. науч. тр. Воронеж, 1999. С.44-47.

9. Муратов В.А., Трубчанинов В.А., Шишкин В.М. Прогнозирование и оптимизация серийноспособности микроэлектронных устройств на этапе схемотехнического проектирования // Актуальные проблемы твердотельной электроники и микроэлектроники: Тез. докл-VI Междунар. науч.-техн. конф. Таганрог, 1999. С. 149.

10.Автоматизированное проектирование аналоговых микросхем в условиях дестабилизирующих факторов / A.B. Муратов, В.А. Муратов, В.А. Трубчанинов, В.М. Шишкин // Актуальные проблемы твердотельной электроники и

микроэлектроники: Тез. докл.VI Междунар. науч.-техн. конф. Таганрог, 1999. С. 150.

П.Гордеев А.Н., Муратов В.А., Шишкин В.М. Исследование процессов, протекающих в интегральных бикорпусных транзисторах под воздействием температуры //Современные проблемы радиоэлектроники: Сб. науч. тр.Всерос. науч.-техн. конф. молодых ученых и студентов, поев. 104-й годовщине Дня Радио.-Красноярск, 1999. С.149-151.

12.Муратов В. А., Трубчанинов В. А., Шишкин В.М. Объектно-ориентированный подход к реализации программы моделирования электронных схем // Интеллектуальные информационные системы: Тр. Всерос. конф. Воронеж, 1999. С.57.

13.Муратов В.А., Шишкин В.М. Прогнозирование нестабильности функциональных параметров микросхем с учетом старения // Системные проблемы качества, математического моделирования и информационных технологий: Междунар. науч.-техн. конф. и Российская шк. молодых ученых и специалистов. Москва-Сочи, 1999. С.80.

Н.Муратов В.А., Трубчанинов В.А., Шишкин В.М. Оценка однородности статистических выборов при проектировании микросхем ранговыми методами И Современные проблемы информатизации: Тез. докл. 4-й Междунар. электронной науч. конф. Воронеж, 1999. С.124-130.

15.Муратов В. А., Трубчанинов В .А., Шишкин В.М. Учет влияния ионизирующих излучений на работу электронных схем // Оптимизация и моделирование в автоматизированных средах: Межвуз. сб. науч. тр. Воронеж,

1999. С. 34-38.

16.Муратов В.А., Трубчанинов В.А., Шишкин В.М. Специализированная программа ввода описания схемы // Интеллектуальные информационные системы: Тр. Всерос. конф. Воронеж, 2000. 4.2. С.36-37.

17.Муратов В.А., Трубчанинов В.А., Шишкин В.М. Особенности программной реализации подсистемы прогнозирования и оптимизации начальной схемной надежности микросхем с учетом методов объектно-ориентированного программирования // Интеллектуальные информационные системы: Тр. Всерос. конф. Воронеж, 2000. 4.2. С.61-62.

18. Муратов В.А., Шишкин В.М Исследование вероятностных характеристик статического режима микросхем при воздействии радиации II Современные проблемы радиоэлектроники: Сб. науч. тр. Всерос. науч.-техн. конф, молодых ученых и студентов, поев. 105-й годовщине Дня Радио.- Красноярск,

2000. С.161-162.

19.Муратов В.А:, Шишкин В.М Вероятностная модель интегрального без-корпусного транзистора // Современные проблемы радиоэлектроники: Сб. науч. тр Всерос. науч.-техн. конф. молодых ученых и студентов, поев. 105-й годовщине Дня Радио,- Красноярск, 2000. С.162-163.

20.Муратов В.А., Чертков Р.А., Шишкин В.М. Прогнозирование надежности микросхем с учетом воздействия дестабилизирующих факторов // Про-

блемы обеспечения надежности и качества приборов, устройств и систем: Межвуз. сб. науч. тр. Воронеж, 2000. С.96-101.

21.Муратов В.А., Чертков P.A., Шишкин В.М. Прогнозирование вероятностных характеристик статического режима микросхем при воздействии ионизирующего излучения // Проблемы обеспечения надежности и качества приборов, устройств и систем: Межвуз. сб. науч. тр. Воронеж, 2000. С.102-105.

22.Муратов В.А., Шишкин В.М Прогнозирование вероятностных характеристик функциональных параметров микросхем // Системные проблемы качества, математического моделирования и информационных технологий: Материалы Междунар. науч.-техн. конф. Москва-Сочи, 2000. 4.5. С. 200-203.

23.Муратов В.А., Шишкин В.М Оценка числовых характеристик трехпа-раметрического распределения Вейбулла параметров интегральных бескорпусных транзисторов // Системные проблемы качества, математического моделирования и информационных технологий: Материалы Междунар, науч.-техн. конф. Москва-Сочи, 2000.4.5. С. 206-208.

24.Программа расчета статистических характеристик параметров интегральных схем в статическом режиме при воздействии ионизирующего излучения / P.A. Чертков, В.М. Шишкин, A.A. Донской, В.А. Муратов // ГОС ФАП РФ, регистрационный номер 50200000188 от 12.10.2000.

ЛР № 066815 от 25.08.99. Подписано в печать 16.11.2000. Формат 60x84/16. Бумага для множительных аппаратов.

Усл.печ.л. 1,0. Тираж 75 экз. Заказ № Издательство

Воронежского государственного технического университета 394026, Воронеж, Московский просп., 14

ВВЕДЕНИЕ

ОСОБЕННОСТИ АВТОМАТИЗАЦИИ СХЕМОТЕХНИЧЕСКОГО ПРОЕКТИРОВАНИЯ С ЦЕЛЬЮ ПРОГНОЗИРОВАНИЯ И ОПТИМИЗАЦИИ НАЧАЛЬНОЙ СХЕМНОЙ НАДЕЖНОСТИ АНАЛОГОВЫХ МИКРОСХЕМ Повышение эффективности автоматизированного схемотехнического проектирования за счет учета влияния дестабилизирующих факторов

Необходимость разработки математического и программного обеспечения подсистемы прогнозирования и оптимизации начальной схемной надежности микросхем с учетом комплексного воздействия дестабилизирующих факторов Цель и задачи исследования

АЛГОРИТМИЗАЦИЯ ФОРМИРОВАНИЯ МОДЕЛЕЙ ЭЛЕМЕНТОВ И КОМПОНЕНТОВ АНАЛОГОВЫХ МИКРОСХЕМ

Вероятностная модель пассивных элементов Моделирующие эквивалентные схемы активных компонентов микросхем, учитывающие комплексное воздействие дестабилизирующих факторов

Зависимость параметров модели активных компонентов микросхем от случайного разброса статического режима Температурные зависимости параметров модели биполярного транзистора ^

Зависимость параметров модели биполярного транзистора от уровня ионизирующих излучений

Оценка числовых характеристик законов распределения параметров микросхем с использованием метода максимального правдоподобия

Двухпараметрические плотности распределения параметров микросхем

Трехпараметрические плотности распределения параметров микросхемы

Моделирование случайного вектора параметров элементов компонентов микросхем с учетом стохастической взаимосвязи

Алгоритм автоматизированного построения и расчета модели активных компонентов Основные выводы второй главы

РАЗРАБОТКА МАТЕМАТИЧЕСКОГО И ПРОГРАММНОГО ОБЕСПЕЧЕНИЯ ПОДСИСТЕМЫ ПРОГНОЗИРОВАНИЯ И ОПТИМИЗАЦИИ НАЧАЛЬНОЙ СХЕМНОЙ НАДЕЖНОСТИ МИКРОСХЕМ

Оценка однородности статистических выборок параметров микросхем

Прогнозирование вероятностных характеристик статического режима аналоговых микросхем с учетом воздействия дестабилизирующих факторов

Прогнозирование серийноспособности микросхем с учетом дестабилизирующих факторов

Оценка чувствительности выходных параметров микросхем к параметрам элементов и компонентов

Объектно-ориентированый подход к реализации программного комплекса моделирования микросхем Статистическая оптимизация параметров аналоговых микросхем

Непрерывно возрастающие требования к техническим характеристикам микросхем приводят к необходимости совершенствования технологии их производства и проектирования.

При проектировании микроэлектронной аппаратуры (МЭА) особую значимость приобретают вопросы прогнозирования и оптимизации ее статистических характеристик в условиях воздействия эксплуатационных факторов.

Учитывая, что сложность микроэлектронных устройств (МЭУ) постоянно растет, что требования к качественным характеристикам также повышаются, задача разработки высоконадежной аппаратуры может быть решена при дальнейшем совершенствовании, развитии и внедрении систем автоматизированного проектирования (САПР), в том числе систем схемотехнического проектирования (ССП) при использовании современной информационной технологии проектирования.

Одним из важнейших показателей качества микросхемы являются статистические характеристики ее функциональных параметров при заданных входных воздействиях. Входные воздействия включают в себя: статистические характеристики параметров элементов и компонентов микросхем, определенные для данного базового технологического процесса; дестабилизирующие факторы (ДФ), влияющие на работоспособность микросхем.

Решению вопросов, связанных с исследованиями в этой области, посвящены ряд работ, выполненных на кафедрах САПР и ИС, КиПРА Воронежского государственного технического университета. В частности, разрабатывались алгоритмы и модели для надежностного схемотехнического проектирования аналоговых микроэлектронных устройств.

В представленной работе исследуются статистические характеристики функциональных параметров аналоговых микросхем при воздействии 6 дестабилизирующих факторов с учетом технологического разброса и решается задача статистической оптимизации.

Известные отечественные (ДИСП-ПК /1,2,3/, АСОНИКА /4/, КАПР-3 /5/, АРИПС-ПК /6/, ПА-4 /7,8/, ПАУМ /9,10/, МОДЕЛЬ /11/, МАРС /12,13,14/, АРОПС /15/, ПАЭС /16/, САМРИС /17,18,19/, АРНС /20/, СПАРС /21/ и другие) и зарубежные (Pspice /22,23,24/, Micro-Cap /25,26,27/, Saber/Cadat /28,29/, NAP-2 /30/, Bitep /31/) программные комплексы и системы, предназначенные автоматизированного проектирования электронных схем и МЭУ, не позволяют прогнозировать начальную схемную надежность аналоговых МЭУ с учетом комплексного воздействия ДФ на этапах схемотехнического и конструкторско-топологического проектирования, так как не имеют проблемно-ориентированных подсистем с соответствующей информационной базой, математическим и программным обеспечением.

Существующие программы автоматизации схемотехнического проектирования для персональных компьютеров /17,20,27,32,33,34/ разрабатывались для достаточно широкого класса проектируемых устройств и не позволяют выполнять процедуры проектирования, учитывающие статистический разброс параметров элементов и компонентов МЭУ с учетом комплексного воздействия ДФ.

Имеется справочная литература /35/, публикации по теоретическим аспектам разработки САПР к объектам проектирования /42-48/. Однако, сведений о практической работе конкретными пакетами программ в литературе недостаточно, а данные о параметрах математических моделей и стандартных характеристик пассивных элементов и активных компонентов аналоговых ИС и МСБ в условиях воздействия ДФ отсутствуют.

Кроме того, недостаточно отработаны на схематическом уровне методы и принципы проектирования аналоговых устройств с повышенной начальной схемной надежностью в условиях воздействия ДФ, и, как правило, они не доведены до алгоритмической и программной реализации. 7

Таким образом, актуальность темы диссертационной работы обусловлена необходимостью повышения эффективности систем схемотехнического проектирования для обоснованного прогнозирования начальной схемной надежности микросхем с учетом дестабилизирующих факторов.

Тема диссертации разработана в соответствии с межвузовской комплексной программой 12.11. «Перспективные информационные технологии в высшей школе» и в рамках одного из основных направлений ВГТУ «Системы автоматизированного проектирования».

Цель и задачи исследования - разработка методов и алгоритмов получения вероятностных моделей элементов и компонентов микросхем для использования на этапе схемотехнического и конструкторского проектирования и создание на их основе проблемно-ориентированной подсистемы прогнозирования и оптимизации начальной схемной надежности микросхем. Основными задачами работы являются:

- повышение эффективности ССП аналоговых МЭУ за счет учета ДФ;

- формирование вероятностных моделей пассивных и активных элементов и компонентов аналоговых МЭУ, учитывающих влияние ДФ;

- оценка числовых характеристик законов распределения параметров микросхем с использованием метода максимального правдоподобия;

- разработка алгоритмов автоматизированного моделирования активных компонентов микросхем;

- разработка программных модулей формирования статистических моделей элементов и компонентов МЭУ, учитывающих влияние конструктивно-технологических факторов, режима по постоянным составляющим, частоты и дестабилизирующих факторов для повышения точности исходной информации;

- реализация предложенных алгоритмов и моделей в подсистеме прогнозирования и оптимизации начальной схемной надежности микросхем;

- разработка информационного и программного обеспечения и анализ эффективности их использования в специализированной подсистеме. 8

Методы исследования основываются теории системного анализа, методах вычислительной математики, объективно-ориентированного программирования, теории целей и полупроводниковых приборов, а также на новых информационных технологиях.

Научная новизна.

Основные результаты диссертации, выносимые на защиту и имеющие научную новизну, состоят в следующем:

1. предложен метод повышения эффективности ССП МЭУ с повышенной начальной схемной надежностью в условиях воздействия дестабилизирующих факторов, основанный на оценке вероятностных характеристик параметров элементов и компонентов микросхем при использовании метода максимального правдоподобия;

2. разработаны теоретико-вероятностные модели элементов и компонентов аналоговых микросхем, используемые при статистических расчетах и оптимизации, отличающиеся учетом случайного разброса статического режима и влияния ДФ;

3. предложен метод представления режимной зависимости параметров элементов эквивалентной схемы транзистора, позволяющей упростить вычисленные процедуры при формировании библиотеки моделей активных компонентов;

4. предложен алгоритм автоматизированного формирования модели АК микросхем, отличающиеся учетом стохастической взаимосвязи между параметрами модели;

5. алгоритмические процедуры анализа и идентификации параметров моделей АК МЭУ, позволяющие учесть влияние режимных, частотных, температурных и радиационных факторов. Математическая модель надежности микросхем в условиях неопределенности исходной информации или недостаточности объема статистических данных об отказах элементов и компонентов на основе плохихо размытых функций; 9

6. создана оригинальная подсистема прогнозирования и оптимизации начальной схемной надежности, отличающаяся возможностью разработки аналоговых микросхем с повышенной эксплуатационной надежностью, основу математического, программного и информационного обеспечения которой составляют предложенные методы, модели и алгоритмы.

Практическая ценность.

Представленные в диссертации исследования являются результатом научной работы, проведенной в Воронежском государственном техническом университете в рамках хоздоговорных и госбюджетных научно-исследовательских работ.

Практические результаты выполненных в диссертационной работе исследований можно разделить на две части, имеющие значение для научных инженерных задач. В научном плане развитые и разработанные методы, модели и алгоритмы являются основой для развития математического обеспечения САПР аналоговых МЭУ, они нашли применение для разработки программного обеспечения подсистемы прогнозирования и оптимизации начальной схемной надежности микросхем. Прикладное значение работы связано с созданием ряда инженерных методик и программных средств, ориентированных на пользователей-схемотехников с предоставлением им доступных средств оптимального проектирования и позволяющих решать на этапе схемотехнического проектирования задачи разработки аналоговых МЭУ с повышенной начальной схемной надежностью с учетом влияния ДФ. Реализация и внедрение результатов работы.

Результаты работы внедрены и используются в АООТ «ОКБПРОЦЕССОР», НИИ Электронной техники, НИИ "Вега" (г. Воронеж).

Научные результаты внедрены в учебный процесс Воронежского государственного технического университета по специальности: 200800-«Проектирование и технология радиоэлектронных средств».

10

Апробация работы.

Научные результаты и положения диссертационной работы докладывались и обсуждались на следующих конференциях и семинарах:

Международной научно-технической конференции «Актуальные проблемы анализа и обеспечения надежности и качества приборов, устройств и систем» (Пенза, 1998);

Всероссийском совещании-семинаре «Высокие технологии в региональной информатике» (Воронеж , 1998);

Международной научно-технической конференции и Российской научной школе «Системные проблемы надежности, математического моделирования и информационных технологий» (Москва 1998, 1999, 2000);

Шестой Международной научно-технической конференции «Актуальные проблемы твердотельной электроники и микроэлектроники» (Таганрог, 1999,2000);

Всероссийской конференции «Интеллектуальные информационные системы» (Воронеж, 1999,2000);

Всероссийской научно-технической конференции молодых ученых и студентов, посвященной 104-й годовщине Дня Радио «Современные проблемы радиоэлектроники» (Красноярск, 1999, 2000); Четвертой Международной электронной научной конференции «Современные проблемы информатизации» (Воронеж, 1999); Научно-технических конференциях Воронежского государственного университета в 1998-2000 г.г. Публикации.

Основные результаты диссертации опубликованы в 24 печатных работах. Структура и объем работы.

Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, заключения, изложенных на 159 страницах машинописного текста, содержит 25 рисунков, . 15 таблиц, списка литературы из 123 наименований, 4 приложений.

Основные выводы четвертой главы

1 .Разработано информационное обеспечение подсистемы прогнозирования и оптимизации начальной схемной надежности аналоговых микросхем - программа «Система управления библиотекой математических моделей компонентов» (СУБ ММК), которая в САПР аналоговых микросборок выполняет функции системы управления базой данных, предназначена для создания, модифицирования и поиска данных ММК электронных схем.

2.Предложен алгоритм трансляции файла описания схемы с обоснованным использованием динамических типов данных и указателей.

3.Разработана структура пользовательского интерфейса специализированной подсистемы, который реализован с помощью интегрированной среды программирования Delphi, обеспечивая полную интерактивную и диалоговую поддержку программы.

4.Проведен анализ эффективности работоспособности специализированной подсистемы для ряда отечественных аналоговых микросхем.

147

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

1 .Проанализированы возможности промышленных интегрированных САПР МЭУ с позиций использования для их прогнозирования и оптимизации начальной схемной надежности аналоговых интегральных схем и микросборок.

2. Предложена и исследована вероятностная модель активного компонента микросхем, учитывающая случайный разброс статического режима и обобщенные зависимости параметров модели активного компонента от режима, температуры, старения и ионизирующих излучений, на основе которой разработана структурная схема алгоритма и программа расчета статистических характеристик Y-параметров биполярного транзистора с учетом комплексного влияния дестабилизирующих факторов.

3. Произведена оценка числовых характеристик непрерывных двух-и трехпараметрических плотностей распределения параметров микросхем на основе использования метода максимального правдоподобия.

4. При использовании параметрических и непараметрических методов оценки однородности статистических выборок предложена методология использования объединенной оценки, полученной в результате совместного учета текущей и априорной информации о параметрах элементов и компонентов микросхем.

5. Разработана автоматизированная процедура моделирования многомерных случайных векторов параметров микросхем с заданной стохастической зависимостью для произвольных законов распределения.

6. Создано программное обеспечение подсистемы прогнозирования и оптимизации начальной схемной надежности аналоговых микросхем с учетом комплексного воздействия ДФ в среде операционной системы MS-DOS на ПЭВМ типа IBM PC AT, включающее следующие функциональные части: управляющую программную оболочку, обеспечивающую информационные связи для выполнения расчетных процедур и дружественный интерфейс с пользователем на основе многоуровневого меню; набор модулей проектирования; модуль управления библиотекой; библиотечные файлы данных.

Полученные в работе научные результаты внедрены в учебный процесс, в практику научно-исследовательских и опытно-конструкторских

148 работ ОКБ "Процессор", НИИ Электронной техники, НИИ "Вега" (г. Воронеж).

Программно - методический комплекс прогнозирования и оптимизации начальной схемной надежности аналоговых микросхем и отдельные его процедуры зарегистрированы в Государственном фонде алгоритмов и программ Российской Федерации.

Суммарный годовой экономический эффект от внедрения разработанных в диссертации моделей, алгоритмов и средств проектирования аналоговых микросхем составил в 1998 году 56 ООО руб.

1. Автоматизация схемотехнического проектирования на мини-ЭВМ / В.И. Анисимов, Г.Д. Дмитревич, С.Н. Ежов, и др. - Л.: Изд-во Ленинград, ун-та, 1983.-200 с.

2. В.И. Анисимов, Г.Д. Дмитревич, Ларистов А.И. ДИСП система диалогового схемотехнического проектирования на СМ-ЭВМ // тр. инта / Ленинград, электротехн. ин-т им. В.И.Ульянова (Ленина). — 1981. — Вып.284. - с.3-8.

3. Диалоговые системы схемотехнического проектирования / В.И.Анисимов, Г.Д. Дмитревич, К.Б. Скобельцин и др. — М.: Радио и связь, 1988.-288 с.

4. Автоматизированная система обеспечения надежности и качества аппаратуры / Ю.Н. Кофанов и др. М.: Советское радио. 1982. - 345 с.

5. Бененсон З.М, Елистратов М.Р., Ильин Л.К. Комплекс программ анализа и оптимизации электронных схем КАПР // Обмен опытом в радиопромышленности. 1978. Вып.4.5. с. 61-64.

6. Пакет прикладных программ автоматизации схемотехнического проектирования для персональных компьютеров / В.В. Баталов и др. // Микропроцессорные средства и системы. 1988. - №4. - с. 63-66.

7. Жук Д.М., Маничев В.Б., Норенков И.П. Структура и принципы организации программного комплекса ПА-4 // Изв. вузов. Сер. радиоэлектроника . 1978. - Т. 19. - №6. - с. 83-86.

8. Норенков И.П., Маничев В.Б. Системы автоматизированного проектирования электронной и вычислительной аппаратуры. М.: Высш.шк., 1983.-272 с.

9. Глориозов Е.Л., Ссорин В.Г., Сыпчук П.П. Введение в автоматизацию схемотехнического проектирования. М.: Советское радио, 1976. -222 с.

10. Ссорин В.Г. Программа анализа электронных схем ПАУМ-2 // Изв. вузов. Сер. Радиоэлектроника. 1983. Т.26. - №6. - с. 41-46.

11. И. Машинная оптимизация электронных узлов РЭА/ А.Г. Ларин, Д.И Томашевский, Ю.М. Шумаков, В.М. Эйдельтант. М.: Советское радио, 1978.- 192 с.

12. Бурин Л.И., Помазов В.М., Топурия В.З. Система машинного анализа радиоэлектронных схем (МАРС) //Современные методы разработки РЭА. М.: Изд-во МДНТП им Ф.Э. Дзержинского. - 1974. С.44-49.

13. Песков М.И., Кржыжановский Ю.М., Помазанов Ю.М., Бурин Л.И. Архитектура и состав системы автоматизированного проектирования радиоэлектронной аппаратуры // Вопросы радиоэлектроники. Сер. Общетехническая. 1976. - Вып. 2. С.2-7.

14. Проектирование приемно-усилительных устройств с применением ЭВМ / Л.И. Бурин, Л.Л. Мельников, В.З. Топурия, Б.Н. Шелковников. -М.: Радио и связь, 1981. 176 с.

15. Расчет оптимальных параметров электронных схем с помощью150комплексной программы АРОПС / В.Н. Ильин и др. // Изв. вузов. Сер. Радиоэлектроника. 1976. -т.19. №6. - с.99-107.

16. Панферов В.П. и др. Общая характеристика ПАЭС-1 // Автоматизация и проектирование в электронике. Киев, 1972.-Вып.5. - с.28-35.

17. Аврашков П.П., Баталов В.В. Егоров Ю.Б. и др. Системы автоматизированного моделирования и расчета интегральных схем САМРИС-2 // Электронная промышленность.-1979.-№4.-с.47-50.

18. Диалоговая система автоматизации схемотехнического проектирования САМРИС-2 М / Ю.Н. Беляков, Ю.З. Горбунов, Ю.Б. Егоров, А.Д. Фердынский // Микроэлектроника и полупроводниковые приборы.-1981.-Вып.6.-с.110-112.

19. Система автоматизированного моделирования и расчета интегральных схем (САМРИС) / А.А. Васенков, Г.Г. Казённов, Ю.Н. Беляков и др. // Микроэлектроника. 1976. - Вып.9. - с. 11-21.

20. Баталов В.В. Системы схемотехнического моделирования АРНС // управляющие системы и машины.-1988.-№1. с. - 94-96.

21. Петренко А.И. и пр. Общая характеристика пакета прикладных программ для решения задач схемотехнического проектирования // Электронное моделирование. 1979. Вып.2. - с.96-107.

22. Tuinenga P.W. SPICE: A guide to circuit simulation using PSPICE // Prentice Hall. 1988. - p.200.

23. PSPICE User's guide. MicroSim Corporation // La Cadena Drive, Laguna, Hills.-1989.-45 p.

24. Spice technologies faciletate of feedback circuits / Hageman Steven E. // END. 1988.V.33.N20.-p.173-183.

25. Micro-Cap 3. Third-generation interactive circuit analysis // Byte. 1989. -V.14.-N4.-p.81.

26. Micro-Cap and Micro-Logic // Byte. 1986. - v. 11. - N6. - p. 186.

27. Разевиг В.Д. Моделирование электронных устройств на персональных ЭВМ. М.: Изд-во МЭИ, 1992. - 162 с.

28. Un Simulateur analogue pour sustems multitechnogies // Benhagoun Eric // Electron. IND. 1987. -N132. P.54-57.

29. How to automate analog 1С designs // Carleg Richard etc. // IEEE Stectrum. 1988. - 25. - N8. - p.26-30.

30. Rubner Petersen T. NAP 2, a Nonlinear Analisis Program for electronic circuit: Version - 2. Users manual // Inst. Of C.T. and T. Denmark. - 1981. -113 p. ""

31. Program brings analog CAE to personal Computer level / Seter Charles // Electron. Des. 1987. - 35. - N20. - p.99-102.

32. Диалоговые системы схемотехнического проектирования /В.И. Анисимов, Г.Д. Дмитревич, К.Б. Скобельцин и др. М.: Радио и связь. 1988-288 с.

33. Разевиг В.Д. Применение программ PCAD и PSPICE для схемотехнического моделирования на ПЭВМ. В 4 вып. Вып. 1: Общие сведения. Графический ввод схем. М.: Радио и связь. 1992. - 92с.151

34. Сахаров Ю.С. Применение персональных ЭВМ для диалогового проектирования радиоэлектронных устройств // Прогрессивные методы конструирования и гибкое автоматизированное производство микроэлектронной аппаратуры. М.: МДНТП, 1986 - с.22-34.

35. Системы автоматизированного проектирования в радиоэлектронике: Справочник / Е.В. Авдеев, А.Т. ,Еремин, И.П. Норенков и др. М.: Радио и связь, 1986. 368 с.

36. Автоматизация схемотехнического проектирования / В.Н. Ильин, В.Т. Фролкин, А.И. Бутко и др. М.: Радио и связь, 1987. - 405 с.

37. Сквозное автоматизированное проектирование микроэлектронной аппаратуры / З.Ю. Готра, В.В, Григорьев, JI.M. Смеркло и др. М.: Радио и связь, 1989. - 280с.

38. Проектирование СБИС / Пер. с япон. М.Ватанабе и др. М.: Мир, 1988.-304 с.

39. Влах И, Сингхан К. Машинные методы анализа и проектирования электронных схем: Пер. с англ. М.: Радио и связь, 1988. - 560 с.

40. Кулон Ж.-Л., Сабоннадьер Ж.-К. САПР в электронике / Пер. с франц. -М.: Мир, 1988.-208 с.

41. Математическое моделирование и макромоделирование биполярных элементов электронных схем / Е.А. Чахмахсазян и др. М.: Радио и связь, 1985.- 144 с.

42. Сигорский В.П. Проблемная адаптация в системах автоматизированного проектирования // Радиоэлектронная. 1988. -N6. - с.5-22.

43. Вермишев Ю.Х. Основы автоматизированного проектирования. М.: Радио и связь, 1988. - 288 с.

44. Зайцева Ж.Н. Новый виток развития САПР электронно-вычислительной аппаратуры // Интеллектуальные САПР: Межвед. тем. науч. сб. Таганрог: ТРТИ, 1989. вып.2. с.13-23.

45. Интеграция данных в САПР БИС. Направления практической реализации / Ю.Н. Беляков, A.A. Руденко, И.Г. Топуров и др. М.: Радио и связь, 1990. - 253 с.

46. Львович Я.Е., Рындин A.A. Оптимальная интеграция алгоритмов и программ проектирования и контроля для разработки эффективных САПР ИЭТ // Изв. Вузов. Радиоэлектроника. 1990. Т.ЗЗ. N6. с.46-52.

47. Малышев Н.Г., Мицук Н.В. Методология управления процессом проектирования в САПР // Методы построения алгоритмических моделей сложных систем: Межвед. тем. науч. сб. Таганрог: 1990. -вып.6. - с. 18-29.

48. Львович Я.Е., Фролов В.Н. Теоретические основы конструирования, технологии и надежности РЭА: уч. пособие для вузов. М.: Радио и связь, 1986.-192 с.

49. Вавилов B.C., Ухин H.A. Радиационные эффекты в полупроводниках и полупроводниковых приборах. М.: Атомиздат, 1969. - 311 с.152

50. Горячев Г.А., Шапкин А.А., Шаршов Л.Г. Действие проникающей радиации на радиодетали. -М.: Атомиздат, 1971. 113с.

51. Действие проникающей радиации на изделия электронной техники/ Кулаков В.М., Ладыгин В.А., Шаховцев В.И. и др. М.: Советское радио, 1980.-224с.

52. Работоспособность МДП приборов при воздействии ионизирующих излучений в реальных условиях эксплуатации / В.Д. Лавренцов, Л.Н. Хорохина, Ю.П. Юсов // Зарубежная электронная техника. 1991. -Вып. 1-2 (356-357).-101 с.

53. Устюжанинов В.Н., Чепыженко А.З. Радиационные эффекты в биполярных интегральных микросхемах. М.: Радио и связь, 1989. -144с.

54. Чернышов А.А. Основы надежности полупроводниковых приборов и интегральных микросхем. М.: Радио и связь, 1988. - 256с.

55. Lambert К.Р., Van de Voorde M.H. Radiation demage effects of electronic components // Ingenieursblad. 1975. N6. P. 140-143.

56. Larin F. Radiation Effects in Semicoductor devices. N. Y. Yohn Wiley and Sons Inc. 1968.-292p.

57. Hornew Е., Foison I.A. Fatal-dose survival probability for bipolar transistors // IEEE Trans. Nucl. Sci 1970. N6 - p. 124-129.

58. Ермолаев Ю.П., Пономарев М.Ф., Крюков Ю.Г., Конструкция и технология микросхем (ГИС и БГИС)/Под ред. Ю.П. Ермолаева. М.: Советское радио, 1980. -256с.

59. Разевиг В.Д, Система схемотехнического моделирования и проектирования печатных плат Design Center (PSpice). M.: CK Пресс, 1996.-272с.

60. Лопухин В.А. и др. Анализ и учет корреляционных связей между пленочными резистивными элементами на большой подложке // Электронная техника. Сер. Полупроводниковые приборы. 1974. -Вып. 7.-с. 120-134.

61. Милькевич В.А. и др. Исследование статистических характеристик компонентов гибридных и интегральных схем.// Радиоэлектроника летательных аппаратов. 1975. - Вып. 7. - с. 12-23

62. Луи де Пиан. Теория линейных активных цепей. М.: Энергия, 1974.287 с.

63. Транзисторы: Параметры, методы измерений и испытаний / Под ред. И.Г. Бергельсона и др. М.: Советское радио, 1968. - 504 с.

64. Автоматизация схемотехнического проектирования на мини ЭВМ/ В.И. Анисимов, Г.Д. Дмитревич, С.Н. Ежов и др. - JL: Изд-во Ленинград. Ун-та, 1983. - 200 с.

65. Муратов В.А., Трубчаниноб" В.А., Шишкин В.М. Вероятностная модель активных компонентов ГИС // Межвуз. сб. научн. тр. «Оптимизация и моделирование в автоматизированных системах». -Воронеж; 1998. с. 101-106.

66. Крюков Ю.Г. Прогнозирование и оптимизация серийноспособности усилительных устройств. Воронеж: Изд-во ВГУ, 1988. - 144 с.

67. Крюков Ю.Г., Шишкин В.М. Вероятностные характеристики и статистическая оптимизация параметров гибридных интегральных схем. Воронеж: Изд-во ВПИ, 1988. - 71 с.

68. Бусленко И.П. Метод статистического моделирования. М.: Статистика, 1970.-350 с.

69. Питолин В.М., Крюков Ю.Г. Линейная модель биполярного транзистора, учитывающая влияние ионизирующего излучения // Межвуз. сб. науч. тр. «Оптимизация и имитационное моделирование сложных систем». Воронеж, 1984. - с. 136-140

70. Мырова Л.О., Ченыженко А.З. обеспечение радиационной стойкости аппаратуры связи. М.: Радио и связи. М.: Радио и связь, 1983. -243 с.

71. Действие проникающей радиации на изделия электронной техники / В.М. Кулаков и др. М.: Наука, - 1980. - 145с

72. Крамер Г. Математические методы статистики. М.: Мир, 1975. - 507 с.

73. Трубчаников В.А., Муратов В.А., Шишкин В.М. Объектно-ориентированный подход к реализации программы моделирования электронных схем // Интеллектуальные информационные системы: труды Всероссийской конф. Воронеж, 1999. - с.57.

74. Шаракманэ A.C. Железнов И.Г., Ивницкий В.А. Сложные системы. -М.:Высш.шк, 1977. 153 с.

75. Баталов Б.В. и др. Оценка однородности параметров транзисторов интегральных полупроводниковых схем // Электронная промышленность, 1971. №1. - с.47-50.155

76. Северцев В.А. и др. Статистическая теория подобия: надежнось технических систем. М.: Наука, 1986. - 252 с.

77. Де Гроот М. Оптимальные статистические решения. -М.:Мир, 1974.380 с.

78. Гаек Я. Шидак Э. Теория ранговых критериев. -М.:Наука, 1971.- 95 с.

79. Ван-дер-Ваден В.А. Математическая статистика. -М.:Наука, 1960.433 с.

80. Gehan Е.А. A generalized Wilcoxon test comparing arbitrarily cencored samples //Biometrica.-1965. V.52. - p.225-240.

81. Крюков Ю.Г., Шишкин B.M., Питолин В.М. Вероятностный анализ статистических характеристик ГИС // сб. тр. Воронеж, политехнического института "Радиотехнические и электронные устройства". Воронеж, 1974. - с. 54-57.

82. Трохименко Я.К., Каширский И.С., Рыбин А.И. Вероятностный анализ линейных электронных цепей по постоянному току // Изв. вузов. Сер. Радиоэлектроника. -1975. -т.18.-№6. с.35-40.

83. Питолин В.М. Шишкин В.М. Автоматизированная оценка влияния ионизирующего излучения на статический режим аналоговых МСБ // Межвуз. сб. научн. тр. "Материалы, элементы и устройства функциональной электроники". Воронеж, 1992. с. 113-118.

84. Белл Д. Дж. Трудности и успехи на пути автоматизации проектирования аналоговых схем // Электроника. 1988. №22. - с.22-23.

85. Сигорский В.П. Петренко А.И. Алгоритмы анализа электронных схем. М.: Советское радио, 1976. - 608 с.

86. Sah С.Т. Effeet of surface recombination and channel on p-n junction and transistor characteristion // IRE transaction. 1962. - V. ЕД-9. - p. 128-140.

87. Сакалаускас JI.JI. О применении матриц специального вида для105. статистического анализа интегральных схем // Электронная техника. Сер. 3. Микроэлектроника. -1989. Вып. 3 (132). -С.22-33

88. Гобис В.Ю. и д.р. Методы генерирования случайных коррелированных величин для статистического моделирования интегральных схем // Автоматизация проектирования в электронике. Киев, 1987, -Вып.35. -С. 17-25

89. Крюков Ю.Г., Шишкин В.М. и др. Законы распределения и корреляционные связи параметров дрейфовых бескорпуных транзисторов, используемых в гибридных интегральных схемах // Техника средств связи. Сер. Техника радиосвязи. -1977. -Вып. 4 (11) -С. 140-145.

90. Хастингс Н., Пико Дж. Справочник по статистическим распределением. -М.: Наука, 1989. -242 С.

91. Автоматизация схемотехнического проектирования на мини ЭВМ: Учеб. пособие / В.И. Анисимов и др. -Л.: Изд-во Ленинград. Ул-та, 1983. -2000С.

92. Трубчанинов В.А. Муратов В.А. Шишкин В.М. Учет влияния ионизирующего излучения на работу электрических схем //Межвуз. Об. науч. тр. "Прикладные задачи моделирования и оптимизации." часть 1. -Воронеж, 1999. -С. 34-38

93. Муратов В.А. Оценивание характеристик начальной схемной надежности микросхем // Межвуз. сб. науч. тр." Проблемы обеспечения надежности и качества приборов, устройств и систем".1571. Воронеж, 1999. -С. 44-47.

94. Беляков Ю.Н. и др. Методы статистических расчетов микросхем на ЭВМ. -М.: Радио и связь, 1985. 232 С.

95. Четвериков В.Н. и др. Базы и банки данных. -М.: Высш. шк. 1987. -248 С.

96. Муратов В.А., Трубчанинов В.А. Шишкин В.М. Специализированная программа ввода описания схемы // Труды Всероссийской конф. "Интеллектуальные информационные системы" -Воронеж, 2000. ч. 2. С. 36-37.

97. CUA: Компоненты пользовательского интерфейса // Компьютер пресс. 1993.-№1.-С. 29-36.

98. Муратов В. А., Шишкин В.М. Чертков P.A. Прогнозирование надежности микросхем с учетом воздействия дестабилизирующих факторов // Межвуз. сб. науч. тр. "Проблемы обеспечения надежности и качества приборов, устройств и систем." Воронеж. 2000.158