автореферат диссертации по информатике, вычислительной технике и управлению, 05.13.05, диссертация на тему:Встраиваемые системы контроля параметров интегральных схем пикосекундного разрешения

На правах рукописи

Чураев Сергей Олегович

Встраиваемые системы контроля параметров интегральных схем пикосекундного разрешения

Специальность 05.13.05 - Элементы и устройства вычислительной техники и систем управления

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

2 5 ОКТ 2012

Санкт-Петербург - 2012

005053682

005053682

Работа выполнена в Санкт-Петербургском национальном исследовательском университете информационных технологий, механики и оптики (НИУ ИТМО).

Научный руководитель:

доктор технических наук, Палташев Тимур Турсунович

Официальные оппоненты:

Арустамов Сергей Аркадьевич, доктор технических наук, профессор, НИУ ИТМО, профессор кафедры проектирования и безопасности компьютерных систем.

Левко Геннадий Владимирович,

кандидат технических наук, ОАО НИИ «Электрон», зам. генерального директора по научной работе.

Ведущая организация:

ОАО «Авангард»

Защита состоится 8 ноября 2012 г., в 16 часов 00 минут на заседании диссертационного совета Д 212.227.03 при Санкт-Петербургском национальном исследовательском университете информационных технологий, механики и оптики по адресу: 197101, г.Санкт-Петербург, Кронверкский пр., д. 49.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Санкт-Петербургского национального исследовательского университета информационных технологий, механики и оптики.

Автореферат разослан 5 октября 2012г.

Ученый секретарь диссертационного совета

Дударенко Наталия Александровна

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

В диссертационной работе исследованы вопросы создания н применения встраиваемых измерительных систем никосекундного разрешения на кристалле для оценки временных параметров наномегровых цифровых элементов интегральных схем (ЦЭИС).

Актуальность проблемы. Измерение времени задержки в ЦЭИС является исключительно важным этапом при создании систем на кристалле (СнК) ультрабольшой степени интеграции (УБИС) с использованием нанометрового технологического процесса. Время задержки по фронту t, и спаду t, сигнала определяется при различных схемах включения элементов, температурных режимах схемы, режимах питания и комбинациях входных и выходных сигналов при tr*tf. Сложность задачи состоит в определении времени задержки распространения сигнала в единичном элементе цифровой интегральной схемы (ЦИС) с пикосекундным разрешением. Время задержки может составлять 60...200 пикосекунд и менее в ЦИЭС, изготовленных по папометровым технологическим процессам. От точности измерения времени задержки зависит качество создаваемых цифровых библиотечных элементов, что в свою очередь влияет на достоверность результатов статического анализа и динамического моделирования СнК при использовании современных систем автоматизированного проектирования (САПР).

Измерительные системы позволяющие определять время задержки в элементах ЦИС условно разделяют на внешние и внутренние. Внешние измерительные системы характеризуется либо высокой ценой измерительного оборудования, либо низкой точностью измерения временных параметров, что не позволяет решать актуальные проблемы, связанные с переходом на нанометровые технологические процессы. Внутренние системы представляют особенный интерес для отечественной полупроводниковой индустрии и прикладной науки, поскольку на данный момент только они способны решать важные научно-технические задачи с требуемой точностью и при минимальной цене реализации. К сожалению, большое количество разработок, выполненных по данной тематике, являются коммерческой тайной и не публикуются в открытой печати. Они представляют собой ноу-хау крупных зарубежных полупроводниковых компаний, таких как STMicroelectronics, Intel, AMD, Dongbu Hi-Tek, Samsung, Xilinx, а также разработчиков САПР и библиотек Mentor Graphics, Artisan Components, Cadence, Synopsys и др.

Актуальность диссертационной работы. Автором разрабатывается и предлагается к использованию новый класс измерительных систем на кристалле, определенных как встраиваемые время-цифровые преобразователи (ВВЦП). Данные схемы ммут осуществлять как функциональный, так и параметрический контроль элементов ИС. Важной особенностью предлагаемых схем является их уникальная возможность

3

определять величину задержки в одном элементе ИС с пикосекундным разрешением. Высокая точность измерения позволит обеспечить качественную подготовку к запуску очередной серии микросхем на основе базовых матричных кристаллов (БМК), произвести отладку технологического маршрута фабрики. Измерительные схемы, собранные с использованием ВВЦП, позволяют уточнить величину многих вторичных параметров определяющих работу аналогово-цифровых схем. Это позволяет обеспечить высокую степень предсказуемости параметров изготовленной микросхемы с заранее определенными характеристиками, что существенно экономит средства на этапе разработки и запуска в серию изделия. Встраиваемые системы контроля и диагностики ИС (ВСКиДИС) характеризует низкая цена измерительного оборудования. Такие схемы могут быть реализованы на кристаллах ИС и в программируемых логических интегральных схемах (ПЛИС) с использованием стандартных библиотечных элементов. Важным преимуществом реализации такого рода схем является достижение технологической независимости разрабатываемого устройства от технологического процесса, используемого в производстве полупроводниковых приборов. Измерительная система, разработанная на базе стандартных библиотечных элементов, может быть сравнительно легко воспроизведена при миграции производства на новые технологические нормы и процессы. На базе предлагаемых внутрикристальных (встраиваемых) измерительных систем могут быть созданы новые устройства, такие как сенсоры и датчики различного назначения: напряжения, тока, температуры, ускорения, и др..

В отечественной полупроводниковой индустрии это направление развивают научно-технические центры и конструкторские бюро таких компаний как ОАО «Микрон», группа компаний «Ангстрем», ОАО «Интеграл» (Республика Беларусь). В отечественной науке данное направление активно развивают в НИУ ИТМО на кафедре вычислительной техники под руководством проф. Платунова А. Е. и в НИУ МИЭТ.

За рубежом значительных успехов достигли проф. P. Fischer, R. Sohnius, A. Bogliolo, A. Doganis, J. Chen, A. Yakovlev, Sung Woo Chung, K. Skadron, и др..

Цель работы. Целью работы является разработка новых методов и средств измерений на БМК обеспечивающих измерение времени задержки в единичном элементе ЦИС с пикосекундным разрешением. Для достижения цели решались следующие задачи:

1. Обзор и сравнительный анализ существующих методой измерений на кристалле. Определение наиболее перспективных направлений развития.

2. Разработка теоретических основ построения встраиваемых высокоточных измерительных систем, связанных с разработкой новых аппаратно-реализуемых методов внутрикристального измерения временных задержек.

3. Разработка измерительного комплекса аппаратных средств па кристалле, позволяющих производить измерения временных характеристик цифровых элементов ИС на основе разработанных методов.

4. Получение экспериментальных данных и их сравнение с данными моделирования, устанавливающих обоснованность теоретических исследований и их применимость на практике.

5. Разработка архитектуры тестового кристалла, концепции системного решения тестовой платы и создание методики тестирования БМК.

Методы исследования. В данной работе использованы численные методы математического анализа, теории вероятностей, методы математической статистики, цифровой обработки сигналов, теории конечных автоматов, теории измерений.

Научная новизна. Научная новизна работы состоит в обосновании нового научного подхода к вопросу проектирования и реализации встраиваемых измерительных модулей пикосекупдного разрешения на кристалле, 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.

Основные научные положения, выносимые на защиту:

1. Метод случайной выборки для измерения времени задержки в элементе ЦИС с использованием фронтов равномерно распределенного на интервале измерения случайного сигнала.

2. Метод реверсивной случайной выборки, обеспечивающий сокращение длины неинформагивных интервалов измерения, за счет использования случайного сигнала ка входе тестируемого элемента ЦИС.

3. Метод Гауссовой линзы, обеспечивающий исследование границ информативной области участка измерения и позволяющий уменьшить время тестирования.

4. Метод накопления фазовой ошибки в кольцевых генераторах не использующий генерацию случайной последовательности импульсов.

5. Критерии точности и достоверности результата измерения.

Практическая ценность. Выполненные теоретические и экспериментальные

исследования позволяют строить измерительные системы на кристалле для оценки временных параметров ЦИЭС с целью создания высокоточных моделей библиотечных элементов БМК для САПР. Разрабоганы и созданы прототипы реальных измерительных систем на кристалле пикосекупдного разрешения. Создана методика калибровки схем. Предложенный метод измерений на кристалле впервые был реализован автором в декабре

2005 года ка базе южнокорейской полупроводниковой фабрики Dongbu Hi-Tek, что подтверждено пятью публикациями в жури ai ах IEEE и выступлениями на различных конференциях, как в России, так и за рубежом.

Апробация работы. Основные результаты работы докладывались и обсуждались на следующих научно-технических конференциях и семинарах: V научно-технической конференции молодых специалистов по радиоэлектронике, Российская Федерация, г. Санкт-Петербург, ОАО «Авангард», 2012 г., XL научной и учебно-методической конференции СПбГУ НИУ ИТМО, Российская Федерация, г. Санкт-Петербург, 2012 г., VIII Всероссийской межвузовской конференции молодых ученых (СПбГУ ИТМО); ШЕЕ симпозиуме по разработке и диагностике электронных схем и систем (DDECS-2011, Германия); XL научной и учебно-методической конференции (СПбГУ ИТМО); II Международной конференции «Электроника России: стратегия возрождения» (CivEl -2010), 2-й международной конференции по фотонике (ICP2011, Малазия, 2011 г).

Публикации. Основные результаты диссертации опубликованы в 11 работах, из них в рецензируемых научных журналах и изданиях - 8 работ.

Гранты. В 2011 г. автором выигран грант правительства Санкт-Петербурга для аспирантов вузов расположенных на территории города по материалам исследования диссертационной работы.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, 4 глав, заключения, списка использованной литературы и приложения. Основной объем диссертации составляет 146 страниц, включая 56 рисунков и 11 таблиц. Список литературы включает 106 наименований.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы диссертационного исследования; сформулированы основные положения, выносимые на защиту.

В первой главе рассмотрена важность исследования основной задачи высокоточного определения временных задержек в библиотечных цифровых элементах ИС, решаемой в рамках диссертационной работы. Перечислены основные методы измерения на кристалле, а также факторы влияния, не позволяющие успешно решать задачу существующими измерительными методами и средствами. Сделан сравнительный анализ используемых схем время-цифровых преобразователей (ВЦП), а также сформулированы выводы, позволяющие выбрать наиболее перспективное направление развития ВЦП. Определены первостепенные задачи при разработке новых методов измерения и построенных на из базе моделей ВЦП, для которых актуальны увеличение точности, быстродействия измерительных схем, а также снижения массогабаритных показателей, цены решения i

трудоемкости при изготовлении измерительного оборудования для контроля и диагностики ИС. Для решения поставленных задач, автором вводится термин встраиваемых время-цифровых преобразователей (ВВЦП): которыми определяются специализированные схемы, размещаемые в непосредственной близости от ЦЭИС и конструктивно состоящих из компонентов, выполненных по одной технологии с элементами тестируемого модуля, которые дополнительно обеспечивают возможность интенсивного контролируемого взаимодействия с объектом тестирования.

Во второй главе разработаны теоретические основы построения встраиваемых измерительных систем на кристалле. Предлагается метод решения обратной задачи теории вероятности, когда по результатам опытных данных можно не только рассчитать вероятность попадания случайной величины (СВ) X в заданный интервал, но и от вероятности попадания СВ А'перейти к оценке площади исследуемой области. Здесь будем использовать положения теории информации, в соответствии с которыми любой процесс измерения, следует рассматривать как преобразование измеряемой величины в целях удобной ее оценки, регистрации или передачи, а результат измерения, как количество информации о состоянии измеряемого явления или объекта. Поэтому применительно к данной работе под термином «измерение» будем понимать процесс накопления некоторого статистического материала опытов с последующим расчетом, который получил название метод случайной выборки (МСВ).

Рассмотрим попадание равномерно распределенной СВ X на измеряемый участок (рис. 1). Здесь (а,с1) - интервал, па котором расположен исследуемый участок ф,с) неизвестной длины /,.

а с!

«интервал»

Г

I

-С СИ-

Ох

I

Ь «участок»

I I

СВ XI СВ Х2 СВ XI СВ Хп

Рис. 1. Попадание равномерно распределенной СВ А' на измеряемый участок Определим вероятность попадания СВ Хна участок (Ь,с), принадлежащий интервалу значений от а=0 до с1. Геометрически эта вероятность есть отношение длины участка (6, с) к длине интервала (я,с/). Поэтому:

с-Ь

Рф<Х< с) =

с1-а

0)

Зкая вероятность попадания на заданный участок СВ X, легко перейти к задаче определения длины I искомого участка (Ь,с). Преобразуем исходную задачу таким образом, чтобы метод решения максимально соответствовал техническому аспекту поставленной задачи. Для этого разобьем заданный интервал (а,а) на конечное число к элементарных отрезков Л< (рис. 2), а также предположим, что длина Т интервала (а.сГ) определена. Используя формулу вычисления статистической вероятности (частоты)

попадания значений СВ X в заданный участок = где т - число попаданий

т + г

значений СВ X в заданный участок, г - число попаданий значений СВ X вне участка, можно перейти непосредственно к вычислению длины Ь искомого участка (Ъ,с) по формуле:

Ь = Т-Р* = Т~^- = к А/ —— (2)

т + г т + г

Таким образом, между длиной I и величинами к, А/, т, г существует некоторая

функциональная зависимость, позволяющая применить в дальнейшем исследования аппарат теории вероятностей для функций случайных величин.

а й

Т=к»Д1 «интервал» Ох

к=1 к^ , 1 1 1 т=4 -1-1-1--Г ■ 1111 , ¥ 11111 1-1 1-

С © ! \ | о ■ 1 1 1 1 СВХ1 А( 1 • 1 I _1_1_ Л_1- Ь=5 «участок» ° 1 » 1 | « 1 1 т , 1 ; 1 1 1 1 | К 1 : ! 1 1 1 : СВХ1 СВ Хп

Ь с

Рис. 2. Интервал измерения, как сумма элементарных участков

За интервал Т принимается тактовая частота Тге/ , подаваемая на вход измеряемого элемента. Комбинация входного и выходного сигналов формирует четыре состояния тестового элемента, циклично сменяющих друг друга Захват текущего состояния может быть осуществлен с использованием элементов выборки и храпения, где на вход управления аналогового ключа подается случайный сигнал, имитирующий СВ X. При использовании только цифровых элементов в качестве элементов выборки и хранения для предотвращения появления метастабильных состояний в схеме может использоваться цепочка триггеров. Подключая декодер 2 в 4 к выходам каждого элемента выборки и хранения, можно сформировать сигналы разрешения счета для каждого га четырех

8

счетчиков используемых для фиксации попадания случайного фронта в тот или иной участок (рис. 3).

Случайный сигнал

п

и 5

сч К

о. о ч У &

о У

ф О

с£

Г

Рис. 3. Структурная схема аппаратной реализации МСВ Таким образом, время появления синхросигнала с равномерным распределением на интервале измерения, будет увеличивать значение счетчика, соответствующего текущему состоянию тестируемого элемента. В результате исследования зависимости длины участка Ь от числа отсчетов и, установлено, что величина Ь сходится к истинной длине !м~1(Ю пс по логарифмической зависимости. Опытным путем установлено, что гистограмма распределения измеренной величины длины участка I представляет собой СВ X с нормальным законом распределения вокруг истинного значения измеряемого участка, в данном случае для Ь=20 (рис. 4). В аппаратной реализации МСВ предложено использовать пять счетчиков, для контроля качества проектирования и изготовления измерительного модуля ИС.

120

100

80 ■

20

В|ямН.

1 3 5 7 9 11 13 15 17 19 21 23 25 27 29 31 33 35 37 39 41 43 45 47 49

Рис. 4. Гистограмма нормального распределения измеренной длины участка! в серии из N=1000 измерений вокруг истинного значения Ьа=20

В дальнейшем, развивая идею МСВ, введем понятое информативной наполняемости участка измерения или просто «информативности». Очевидно, что интерес представляют участки фронта и спада, в то время как участки высокого и низкого уровней («00» и «И») являются неинформативными. Поэтому для улучшения качества измерения необходимо увеличивать длину информативных участков («01» и «10»), и сокращать длину неинформативных. Этого можно добиться двумя способами: увеличением тактовой частоты или подачей на "вход буферного элемента случайного сигнала. Первый способ имеет ограничения на максимально допустимую частоту, подаваемую на вход ИС. Второй предлагаемый метод, позволяет кардинально увеличить соотношение информативных и неинформативных участков на всем диапазоне D. Для фиксации состояния тестируемого элемента вместо случайной частоты используется фронт тактовой частоты посредством подачи ее на счетчики и элементы выборки и хранения. Подача случайной частоты на вход тестируемого элемента увеличивает появление интересующих нас состояний «01» и «10», обозначенных на рис. 5 как tr = const и t, = const.

t

Li

«ДЮПЛЯМ

LI

In I

II»1 T

I

.....v.: I L_iJ~i Li

I и • 1 ■ ' I trul

|H| -1-1

I.....

I I

i

1 tr=const

1 I tf=conb«

Tief

Рис. 5. Метод МРСВ

Здесь состояния «00» и «11», обозначенные как Н1,2,...п и Ы,2,...п - переменные величины. Поэтому для расчета важно знать общее время диапазона измерения и количество фронтов случайного сигнала прошедшего с момента начала тестирования схемы. Следовательно, при аппаратной реапизации добавляется шестой счетчик подсчитывающий число фронтов случайной частоты.

Данный метод получил название метода реверсивной случайной выборки (МРСВ), и является по сути обратным к МСВ. Проигрывая в скорости работы МСВ, МРСВ обладает меньшим разбросом результатов измерения (таб. 1). В диссертационной работе представлено детальное теоретическое обоснование этого метода, а также конечные формулы для расчета времени задержки. В приложении представлена модель, в которой

10

использованы случайные сигналы, подаваемые на вход тестируемого элемента, а также на входы управления счетчиков и элементов выборки и хранения. Показано, что даже в этом случае в счетчиках накапливаются значения, пропорциональные измеряемым участкам, что позволяет провести расчет длин искомых участков. Показательно, что разработанные методы не критичны к стабильности частоты формирования опорного тактового сигнала, а также к фазовому дрожанию.

Таб. 1. Результаты моделирования с использованием МСВ и МРСВ.

Измеряемые величины МСВ МРСВ Отношенне

Число тактов ТгсГ (^Р^ТгеО 5598 20000 3.57

Число фронтов и спадов 20000 142520 7.12

Кол-во попаданий в участок фронта «01» 181 766 4.23

Кол-во попаданий в участок «11» 9761 9296 0.95

Кол-во попаданий в участок спада «10» 262 918 3.50

Кол-во попаданий в участок «00» 9796 9020 0.92

Общее число выборок СВ X 20000 20000 1

Качество измеренной величины будет зависеть от точности определения временного интервала между моментом старта и остановки схемы (величина диапазона (а,с1)).

В третьей главе рассмотрены вопросы оценки точности и достоверности результатов измерения, снижения времени тестирования, а также альтернативный метод измерения времени задержки на основе эффекта накопления фазовой ошибки.

Разделив исследуемый интервал на к элементарных отрезков длины Л/, можно детально проанализировать, как происходит заполнение элементарных отрезков с каждым последующим значением СВ X, и следовательно, как зависит от этого измеряемая длина участка Ь. На основании полученных распределений определены общий и частный критерий достоверности результата ¡пмерения. Общий критерий достоверности -попадание СВ X в каждый элементарный отрезок хотя бы один раз. Частный критерий точности - попадание СВ X в каждый элементарный отрезок при котором обеспечивается равенство истинной и измеренной величины участка.

Определен характер зависимости вероятности события, при котором выполнился общий критерий достоверности результата измерения от общего количества случайных

выборок п для 1С, (рис. б). Приведена таблица, в которой представлено краткое обоснование выбора частного критерия измерения для простейшего случая к-2 и рассматриваются начальные случаи, когда п=2,3,4, на основании этого делается предположение о том, что в общем случае число выборок СВ Хп должно быть кратным числу элементарных отрезков, на который разбивается исследуемый интервал. Так, если число элементарных отрезков к=Ю, то остановка схемы допустима только при «=10,20,30, и так далее.

5000 4500 4000 3500 3000 2500 2000 1500 1000 500 0

1 12 23 34 45 56 67 78 89 100 111 122 133 144

Рис. 6. Гистограмма числа появления события А (X е {0,1,2,..,9} ) от общего числа СВ X

Таким образом, получается, что общее предположение о возможности остановки измерительного модуля в какой угодно момент становится неверным, что довольно часто встречается на практике. Кроме того, проследив заполнение элементарных отрезков для и=5,6,7... можно увидеть, что суммарный процент благоприятных для нас исходов нелинейно уменьшается с ростом числа п. Все это позволяет сделать вывод о том, что процесс измерения должен закончиться как можно быстрее после старта. С другой стороны, нельзя пренебрегать общим критерием достоверности измерения, который выполняет роль некоторого индикатора равномерного покрытия всех элементарных отрезков в процессе измерения (или другими словами «информативной наполняемости» и фиксации границ участка). Поэтому с целыо максимального снижения погрешности измерения необходимо оптимально выбирать число п исходя из анализа исходной задачи.

Для сокращения длины неинформативных участков измерения, можно предложить иной подход, который заключается в переходе от равномерно-распределенного фронта случайного сигнала к нормальному закону распределения, таким образом, чтобы центр распределения соответствовал центру измеряемого участка Ь. Тогда попадание случайного фронта будет фиксироваться в одном из трех счетчиков и вероятность попадания СВ X, подчиненной нормальному закону распределения в участок (Ь,с) равна:

Р(Ь<Х<с)^ Ф'

Здесь Ф' - нормальная функция распределения, т - мат ожидание СВ X, подчиненной нормальному закону распределения, а сг- среднеквадратичное отклонение.

Вероятность попадания нормально распределенной СВ X на учзсток симметричный центру рассеивания будет равна:

Используя срединное отклонение, можно вычислить вероятность попадания СВ X на участок (Ь,с) по формуле:

Тогда весь процесс измерения сводится к подсчету числа попаданий в различные участки интервала и выбора момента остановки измерительного модуля. Например, это может быть момент равенства числа попаданий СВ X в левый и правый прилегающие участки. Определив центр рассеивания как т, и зная величину среднеквадратичного отклонения а, можно, используя табличные значения функции Лапласа, определить вероятность попадания СВ X в центральный участок, а следовательно вычислить его длину. Используя нормальный закон распределения синхросигнала при измерении длины участка I данным методом, можно получить не только увеличение точности измерения, но и скорости измерения, поскольку исследуется только измеряемый участок I с прилегающими границами. Данный метод является новым и был назван автором метод линзы Гаусса (МЛГ).

Теоретически возможно еще больше увеличить как скорость измерения, так и точность на измеряемом участке. В ходе исследования перспективных направлений определено, что использование бимодальных и мульти-модальных распределений является перспективным направлением дальнейших исследований. Дополнительно разработан численный метод получения случайной последовательности с нормальным законом распределения дая построения моделей измерительных систем с использованием нормального закона распределения СВ X.

Также в этой главе представлен разработанный и реализованный на пракгике альтернативный метод измерения времени задержки в наноразмерном цифровом элементе

где Ф приведенная функция Лапласа, а Е = р<12а - вероятное отклонение.

с использованием эффекта накопления фазовой ошибки в кольцевых генераторах (рис. 7), который получил название метода накопления фазовой ошибки (МИФО). Здесь величина фазовой ошибки в может быть определена как:

где в1 - величина фазового дрожания сигнала, имеющая случайный характер и

распределенная по нормальному закону, а вг - фазовая систематически накапливаемая

ошибка вследствие естественного технологического разброса геометрических размеров элементов кольцевых генераторов.

Выход 1

Рис. 7. Аппаратная реализация метода накопления фазовой ошибки

При увеличении числа тактов Л' получим 9 ~0г . Тогда, точно измерив,

затрачиваемое время для формирования одинакового количества тактов каждого из генераторов, можно рассчитать величину вносимой погрешности, которая может быть реализована, как дополнительный элемент в цепи схемы одного из генераторов (рис. 8).

Подключив к каждому из выходов генератора счетчики импульсов, можно подсчитать количество сформированных тактов от каждого генератора Л7 и N2. Вносимая тестовым элементом погрешность А/ численно равна сумме задержек по фронту и спаду:

где Д//а), - время задержки по спаду, Д/г,„ - время задержки по фронту.

Работу двух схем в случае формирования одного такта можно описать простой системой линейных уравнений:

3 • + 3 ■ Д^, + 0 = 900 3-Д/„,+ З-Д^ + Д/^600

где Д/й - среднее время задержки сигнала в элементах ЫАЫО по спаду, Д

среднее время задержки сигнала в элементах NAND по фронту. Далее в диссертационной работе приведены формулы расчета времени задержки в одном элементе. К недостаткам данного метода можно отнести невозможность сепарации времени задержки по фронту и спаду в тестируемом элементе.

В четвертой главе автором разработаны принципы построения аппаратных измерительных модулей, использующие методы случайной выборки и фазового накопления ошибки. При аппаратной реализации методов случайной выборки предложено использование элементов выборки и хранения, работающих как по фронгу, так и по спаду тактового сигнала, а также схемы экстраноляциоиного модуля, который позволяет рассчитывать величину задержки, с использованием выборки данных измерения ограниченного объема. При топологическом проектировании, возможно, установить 8 и более элементов выборки и хранения вокруг тестируемого элемента. Таким образом, данное решение позволяет сократить время измерения более чем в чегыре раза, уменьшая вероятность воздействия помехи на этапе тестирования. МСВ может быть адаптирован не только для измерения времени задержки в логических вентилях, но и в элементах памяти. Подавая тактовый сигнал на вход триггеров, работающих по фронту и спаду, и используя цикличность смены состояний триггероз, включенных по схеме делителя, можно, используя случайный сигнал, как и в МСВ, накопить, а затем рассчитать длительность того или иного интересующего участка.

Используя разработанные теоретические основы для кольцевых генераторов и МНФО, становится возможным предсказание ухода частоты и коррекции с участием массива идентичных кольцевых генераторов. Изготовлешше по единому технологическому процессу идентичные кольцевые генераторы будут иметь некоторый технологический разброс параметров и геометрических размеров элементов на кристалле.

Таким образом, при одновременном запуске с течением времени можно будет наблюдать укиканыгое для каждого из генераторов опережение, либо отставание фазы от некоторого среднего положения. Наблюдать этот эффект возможно, если подключить к выходу каждого генератора счетчик импульсов (или конечный автомат). Как указано в третьей главе, суммарная фаза определяется суммой случайной и постоянной составляющих фазы сигнала. Так как случайная составляющая фазы будет суммарно равна нулю, то при длительном тестировании в фабричных условиях, можно довольно точно определить уникальную характеристику всего массива кольцевых генераторов, используя статистические методы анализа. Тогда, зная эту характеристику, можно принудительно корректировать значения тех счетчиков генераторов, которые не совпадают с ранее определенными значениями. Это может быть следствием, к примеру, воздействия помех. Поэтому, выходная тактовая частота сигнала, формируемая по совокупности данных со всех генераторов, будет более точно соответствовать частоте задающего генератора

Дополнительно в данной главе предложен метод измерения инерциальной задержки элементов с помощью МРСВ, а также метод измерения критических путей, которые могут быть использованы для верификации средств и результатов синтеза УБИС, а также .для обнаружения избыточной (скрытой) функциональности модулей изготовленных сторонними организациями по контрактной модели.

В заключении рассмотрены вопросы калибровки и методики проектирования измерительных систем на кристалле. Разработана архитектура тестового кристалла, включающая тестовые элементы ИС (12 базовых логических вентилей, триггеры, модули памяти, контактные площадки (КП), входные и выходные буферные элементы), ВВЦГ1, командный процессор, внутреннюю шину передачи данных типа «WISHBONE» и интерфейс для связи с персональным компьютером (RS-232). В работе рассмотрены особенности разработки, изготовления, тестирования и калибровки измерительных модулей с использованием ВВЦП, а также алгоритмы, использующие пониусный принцип запуска и остановки измерительных схем. Тестовые микросхемы изготовлены по технологическому процессу 0,13 и 0,11 микрон южнокорейской компанией «Dongbu Hi-Tek» в 2007 - 2009 г.г..

Тестовые данные, полученные в ходе тестирования, приведены в таб. 2. Для расчета и численного моделирования использовался Microsoft Visual Studio 10 и GCC. Для проектирования ИС использовался коммерческий продукт Virtuoso, Incisive Enterprise ■ Simulator, Encounter RTL Compiler и Assusra от компании Cadence.

Номер НЕ (ХОТ) НЕ-И (NAND) НЕ-ИЛИ (N01*)

кристалла Trise Tfall Trise Tfall Trise Tfall

1 93 96 151 156 169 205

2 103 105 120 166 179 201

3 113 103 122 181 192 176

4 109 110 133 158 192 190

5 91 119 139 148 159 179

6 94 121 137 166 165 197

7 105 110 128 164 171 195

8 101 114 155 160 158 182

9 99 108 152 192 177 178

10 91 129 165 169 161 183

И 109 128 143 156 194 193

12 115 107 140 176 152 208

13 103 111 140 158 166 169

14 117 ИЗ J45 168 158 174

15 90 115 140 151 164 207

16 101 90 142 161 179 204

17 99. 89 145 154 170 180

18 113 122 143 153 182 193

19 106 107 142 165 163 199

20 93 126 156 180 174 212

Среднее 102.25 111.15 141.9 164.1 171.25 191.25

Ср. квад. откл. 8.5586 11.343 11.007 11.225 12.195 12.88

Spice модели 100 114 142 161 173 189

Заключение.

Главный научный результат диссертационной работы заключается в разработке методов высокоточного определения временных параметров цифровых библиотечных элементов ИС БМК, используемых в САПР при разработке СнК нанометровых размеров, а также в обосновании и создании специализированных встраиваемых модулей, позволяющих проводить диагностику ЦИС в реальном масштабе времени и контролировать уход параметров ЦИС на различных этапах жизненного цикла продукта

17

В процессе проведенных исследований автором получены следующие основнь научные результаты:

Î. Предложен и исследован МСВ, на базе решения обратной задачи теори вероятности, для определения времени задержки по фронту и спаду в единично элементе ЦИС с пикосекундиым разрешением. На базе МСВ разработан MPC обеспечивающий сокращение неинформагивных участков измерения увеличивающий соотношение информативных и неинформативных интервалов среднем в 3.5 раза. Адаптирован метод случайной выборки для определени времени задержки в элементе памяти, инерционной задержки логически вентилей, критических путей синтезированной схемы и детектировали избыточной функциональности встраиваемых модулей.

2. Выявлены ранее не описанные в литературе свойства разработанной систем! обеспечивать измерение временных интервалов с пикосекундным разрешение! при использовании комбинации случайных частот на входах системы.

3. Предложен МГЛ, обеспечивающий измерение временного интервала использованием нормального времени переключения случайного сигнала, чт позволяет увеличивать точность и уменьшать время измерительного процессг Обосновано использование мультимодальных распределений специализированных генераторах для формирования времени переключени случайного сигнала.

4. Предложен метод повышения стабильности генерации частоты использованием управляемого массива идентичных кольцевых генераторов контролем ухода фазы, а также с использованием естественного техлологическор разброса каждого из генераторов.

5. Введены критерии точности и достоверности для измерительного процесса.

6. Разработан МНФО для измерения времени задержки с использование! идентичных кольцевых генераторов.

СПИСОК ПУБЛИКАЦИЙ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

Публикации в рецензируемых научных журналах и изданиях:

1. Kang, C.S., Im, I. Н., Churavev S., Paltashev Т. Phase Error Accumulation Methodology for Оп-Chip Cell Characterization // World Academy of Science, Engineering and Technology, N-28. P. 132-135.

2. Чураев C.O., Адамова А.Д., Палташев Т.Т. Реализация алгоритма шумоиодавления в речевом тракте систем мобильной связи на базе СБИС // Научно-технический вестник Санкт-Петербургского государственного университета информационных технологий, механики и оптики. 2011. №01. С. 72-77.

Материалы и тезисы докладов научных конференций и конгрессов

1. Чураев С.О., Палташев Т.Т. Встраиваемые прецизионные измерительные системы на кристалле. Сборник докладов V научно-технической конференции молодых специалистов по радиоэлектронике. 2012. С. 28-33. ISBN 978-5-905687-83-9.

2. Churayev S.O., Paltashev Т.Т. Speed improvement in random sampling for on-chip cell characterization. Proceedings of the IEEE Symposium on Design and Diagnostics of Electronic Circuits and Systems. 2011. P. 305-309. ISBN: 978-1-4244-9753-9.

3. Churayev S., Biryuchinskiy S., Melnikov K., Paltashev T. Phase shift accumulation method for timing characterization. Proceedings of the IEEE 2nd International Conference on Photonics (ICP), 2011. P. 1-5. ISBN: 978-1-61284-265-3.

4. Melnikov K., Melnikov V., Biryuchinskiy S., Churayev S. Optimization Method for High Voltage Electro-Optic Shutter. Proceedings of the IEEE 2nd International Conference on Photonics (ICP). 2011. P. 1-5. ISBN: 978-1-61284-265-3.

5. Churayev S.O., Matkarimov B.T., Paltashev TT. On-chip Measurements of Standard-Cell Propagation Delay, Proceedings of the IEEE East-West Design and Test Symposium, EWDTS'10, P. 179-181.

6. Churayev S.O., Matkarimov B.T., Paltashev T.T. FPGA FFT Implementation. Proceedings of the IEEE East-West Design and Test Symposium, EWDTS' 10. P. 183-185.

Публикации в других изданиях:

1. Маткаримев Б.Т., Чураев С.О. Реализация на ПЛИС системы шумоподавления для мобильных устройств // Известия НТО КАХАК. 2009. С. 45-48.

2. Махкаримов Б.Т.. Палташев Т.Т., Чураев С.О. Внутрисхемные измерешш временных задержек стандартных библиотечных элементов // Доклады Национальной Академии наук Республики Казахстан. 2010. №2. С. 7-10.

3. Маткаримов Б.Т., Палташев Т.Т... Чураев С.О. Измерение временных параметров стандартных библиотечных элементов на кристалле // Вестник Казахстанско-Британекого технического университета. 2009. №2. С. 77-80.

Тиражирование и брошюровка выполнены в учреждении «Университетские телекоммуникации» 197101, Санкт-Петербург, Саблинская ул., 14 Тел.(812)233 46 69. Объем 1,0 у.п.л.

Тираж 100 экз.

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. Теоретические 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.

Актуальность темы.

В течение последних тридцати лет доминирующее положение удерживают цифровые ИС (ЦИС), произведенные по технологии комплементарной логики на транзисторах металл-оксид-полупроводник (КМОП), что является следствием их важных технологических преимуществ, а также потребностей рынка. Согласно наблюдениям доктора Гордона Мура, в развитии микроэлектроники шел процесс двойного увеличения плотности транзисторов на кристалле интегральной схемы (ИС) за каждые последующие два года развития технологической базы. Геометрические размеры топологических элементов транзисторов приблизились к значениям 20 нм, а частота их работы превышает несколько ГГц. С уменьшением геометрических размеров транзисторов, снижаются паразитные емкости, растет быстродействие, падает энергопотребление ИС. При этом возрастает влияние токов утечки в транзисторах, увеличивается технологический разброс параметров, обусловленный различного рода термодинамическими изменениями физических и химических процессов, используемых при производстве микросхем по нормам глубокого субмикрона. Все большую роль при проектировании ИС начинает играть учет и анализ эффектов целостности сигнала на кристалле.

В связи с этим возрастают трудности при разработке и анализе моделей цифровых компонент ИС и собранных на их базе схем. Результаты моделирования в системах автоматизированного проектирования (САПР) могут значительно отличаться от получаемых экспериментальных данных при реальном производстве, и связаны с новыми физическими эффектами неучтенными в моделях при моделировании схемы, упрощенными моделями элементов, а также с неточностью экстракции параметров компонентов схемы. Основную проблему представляет, в первую очередь, определение динамических временных параметров, характеризующих элементы ЦИС, которые используются для статического и динамического временного анализа в САПР. К данным параметрам относятся время задержки по фронту и спаду сигнала, определяемые при различных схемах включения элементов, температурных режимах схемы, режимах питания и комбинациях входных и выходных сигналов.

Автором работы в течение ряда лет активно разрабатывался и успешно применялся сравнительно новый, динамично развивающийся и слабо освещаемый в современной литературе (в силу его исключительной коммерческой ценности) метод измерений внутри-кристальных задержек с использованием встраиваемых систем контроля и диагностики ИС (ВСКиДИС). Под этим термином следует понимать специализированные схемы, размещаемые вблизи интересующего модуля или элемента на кристалле, конструктивно состоящие из элементов, выполненных по одной технологии с элементами тестируемого модуля, при этом обеспечивающих возможность интенсивного контролируемого взаимодействия с объектом тестирования. Такие схемы могут быть реализованы на кристаллах ИС, ПЛИС с использованием стандартных библиотечных элементов. Данные схемы могут осуществлять, как функциональный, так и параметрический контроль элементов ИС. Важным преимуществом реализации такого рода схем является достижение технологической независимости разрабатываемого устройства от технологического процесса, используемого на полупроводниковой фабрике. Единожды разработанное устройство, на базе стандартных библиотечных элементов, может быть сравнительно легко воспроизведено при переходе фабрики на новые технологические нормы и процессы.

К основным средствам контроля и диагностики ИС относящихся к классу ВСКиДИС, можно отнести схемы позволяющие измерять временные параметры элементов, которые определены, как время-цифровые преобразователи (ВЦП) и широко используется во многих областях науки и техники. Актуальность развития и использования данного класса преобразователей определяется в первую очередь важностью оценки и исследования временных характеристик сигналов компонентов ЦИС для использования в САПР ИС. Кроме того, схемы собранные с использованием ВЦП, позволяют уточнить величину многих вторичных параметров определяющих работу цифровых схем. В дальнейшем эти параметры используются в библиотеках полупроводниковых фабрик для описания и моделирования электронных схем с использованием САПР.

Важной особенностью разрабатываемых схем является их уникальная возможность определять величину задержки в одном элементе ИС с пикосекундной точностью. Это предопределяет высокую точность экстракции реальных параметров и, следовательно, высокое качество создаваемых моделей новых нанометровых цифровых библиотечных элементов, используемых при проектировании и моделировании сложной схемы в САПР. Это дает соответственно, высокую степень предсказуемости параметров изготовленной микросхемы с заранее определенными характеристиками, что существенно экономит средства на этапе разработки и запуска в серию изделия. Кроме того, позволяет проектировщикам библиотечных элементов ИС и дизайнерам схем, делать выводы о степени 8 соответствия моделей аналоговых элементов, таких как транзисторы, реальным аналогам, полученным при полупроводниковом производстве.

Автором предложен ряд методов и построенных на их базе схем встраиваемых в кристаллы ИС, позволяющих решать ряд задач характеризации стандартных библиотечных элементов полупроводниковой фабрики в автоматизированном режиме, сокращающих время обработки результатов тестирования кристаллов и повышающих оперативность корректировки и создания новых библиотек элементов ЦИС для САПР. Эти методы позволяют обойтись без крайне дорогостоящего оборудования, используемого для измерений параметров произведенных кремниевых пластин.

Цель работы.

Целью работы является разработка новых методов и средств измерений на базовых матричных кристаллах (БМК), обеспечивающих измерение времени задержки в единичном элементе ЦИС с пикосекундным разрешением.

Задачи исследований.

1. Обзор и сравнительный анализ существующих методов измерений на кристалле. Определение наиболее перспективных направлений развития.

2. Разработка теоретических основ построения встраиваемых высокоточных измерительных систем, связанных с разработкой новых аппаратно-реализуемых методов внутрикристального измерения временных задержек.

3. Разработка измерительного комплекса аппаратных средств на кристалле, позволяющих производить измерения временных характеристик цифровых элементов ИС на основе разработанных методов.

4. Получение экспериментальных данных и их сравнение с данными моделирования, устанавливающих обоснованность теоретических исследований и их применимость на практике.

5. Разработка архитектуры тестового кристалла, концепции системного решения тестовой платы и создание методики тестирования БМК.

Методы исследования.

В данной работе использованы численные методы математического анализа, теории вероятностей, методы математической статистики, цифровой обработки сигналов, теории конечных автоматов, теории измерений.

Научная новизна.

Научная новизна работы состоит в обосновании нового научного подхода к вопросу проектирования и реализации встраиваемых измерительных модулей пикосекундного разрешения на кристалле, 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 результаты:

1. 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 3.5 раза. 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.

2. Выявлены ранее не описанные в литературе свойства разработанной системы обеспечивать измерение временных интервалов с пикосекундным разрешением при использовании комбинации случайных частот на входах системы.

3. 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.

4. 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.

5. Введены критерии точности и достоверности для измерительного процесса.

6. Разработан МНФО для измерения времени задержки с использованием идентичных кольцевых генераторов.

Основные научные положения, выносимые на защиту:

1. Метод случайной выборки для измерения времени задержки в элементе ЦИС с использованием фронтов равномерно распределенного на интервале измерения случайного сигнала.

2. Метод реверсивной случайной выборки, обеспечивающий сокращение длины неинформативных интервалов измерения, за счет использования случайного сигнала на входе тестируемого элемента ЦИС.

3. Метод Гауссовой линзы, обеспечивающий исследование границ информативной области участка измерения и позволяющий уменьшить время тестирования.

4. Метод накопления фазовой ошибки в кольцевых генераторах, не использующий генерацию случайной последовательности импульсов.

5. 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. Отдел экстракции может использовать данный инструмент для косвенного уточнения параметров отдельных аналоговых элементов ИС при создании или корректировке новых моделей. 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 2005 года на базе Южно-Корейской полупроводниковой фабрики Dongbu Hi-Tek, что подтверждено тремя публикациями в журналах IEEE и выступлениями на различных конференциях, как в России, так и за рубежом.

Апробация работы.

Основные результаты работы докладывались и обсуждались на научно-технических конференциях и семинарах:

1. V научно-техническая конференция молодых специалистов по радиоэлектронике, Российская Федерация, г. Санкт-Петербург, ОАО «Авангард», 18 апреля 2012 г.

2. XL научная и учебно-методическая конференция СПбГУ НИУ ИТМО, Российская Федерация, г. Санкт-Петербург, 1-4 февраля 2012 г.

3. 2-я международная конференция по фотонике ICP2011, Кота-Кинабала, Малазия, 2011 г.

4. Разработка и диагностика электронных схем и систем DDCES-2011, Германия, г. Котбас, 15 апреля 2011 г.

5. VIII Всероссийская Межвузовская Конференция Молодых Ученых, Российская Федерация, г. Санкт-Петербург 12 апреля, 2011 г.

6. Российская Электроника: Стратегия Возрождения CivEl-2010, Российская Федерация, г. Санкт-Петербург 20 - 22 сентября, 2010 г.

Публикации.

Основные результаты диссертации опубликованы в 11 работах (в период с 2008 по 2011 гг.), в том числе 8 статей в рецензируемых изданиях.

Выигранные гранты.

В 2011 выигран именной грант правительства Санкт Петербурга для аспирантов вузов расположенных на территории города по материалам исследования темы диссертационной работы.

Структура и объем работы.

Диссертация состоит из введения, 4 глав, заключения, списка использованной литературы и приложения. Основной объем диссертации составляет 146 страниц, включая 56 рисунков и 16 таблиц. Список литературы включает 106 наименований.

4.6. Выводы по главе

В результате теоретического исследования сделаны следующие выводы:

1. Предложена аппаратная реализация МСВ при измерении времени задержки в логическом вентиле.

2. Предложен метод измерения времени задержки, основанный на МСВ в триггерах и элементах памяти.

3. Предложен метод накопления фазовой ошибки для обеспечения контроля времени задержки в наноразмерных элементах СБИС.

4. Предложено использование массива кольцевых генераторов для формирования импульсов случайной последовательности.

5. Предложено использование технологического разброса и метода накопления фазовой ошибки в идентичном массиве кольцевых генераторов для создания «супер-стабильных» генераторов с предсказуемым контролем и коррекцией частоты.

6. Разработана архитектура тестового кристалла, описаны особенности функционирования внутренних модулей, приведены тестовые данные измерения времени задержек методом случайной выборки и фазового накопления ошибки.

Заключение

Главный научный результат диссертационной работы заключается в разработке методов высокоточных измерений обеспечивающих пикосекундную точность в цифровом библиотечном элементе интегральной схемы, а также практической реализации специализированной СнК для тестирования цифровых библиотечных элементов фабрики.

К основным результатам диссертационной работы относятся следующее:

1. Проведен детальный анализ существующих методов измерения временных параметров цифровых элементов ИС. Сделаны выводы о перспективных направлениях развития новых методов измерения.

2. Разработаны теоретические основы измерения методом случайной выборки и методом фазового накопления ошибки.

3. Разработан способ измерения временных параметров ЦЭИС на базе метода случайной выборки. Разработан способ измерения временных параметров ЦЭИС на базе метода накопления фазовой ошибки.

4. Разработан метод оптимизации по скорости и точности процесса измерения. Исследованы теоретические основы оценки качества измерительного процесса.

5. Построены и опробованы программно-аппаратные модели, реализующие вышеперечисленные методы измерения на кристалле. Разработаны, реализованы на практике и исследованы схемы измерения. Определен порядок калибровки схем.

6. Указаны основные практические аспекты применения разработанных методов и схемных решений, а также важные следствия для продолжения дальнейшего исследования по данной теме.

1. Аникст Д.А., Константинович K.M., Меськин И.В. Высокоточные угловые измерения,- М: МАШИНОСТРОЕНИЕ. 1987.

2. Арнольд В.И. Теория катастроф.- М: Знание, 1981.

3. Аршилов М.Н., Садовский JI.E. Коды и математика (рассказы о кодировании). М: НАУКА, 1983.

4. Берд Дж. Инженерная математика: Карманный справочник / Пер. с англ. Москва: Издательский дом «Додэка-ХХ1», 2008.

5. Борисенко В.Е. Воробьева А.И., Уткина Е.А. Наноэлектроника. М: БИНОМ. 2009.

6. Вентцель Е.С. Теория вероятностей. М: Гос. Издательство Физико-Математической Литературы. 1958.

7. Глебов А.Л., Гурарий М.М., Жаров М.М., Егоров Ю.Б., Русаков С.Г., Стемпковский А.Л., Ульянов С.Л. Актуальные проблемы моделирования в системах автоматизации схемотехнического проектирования,- М: Наука, 2003.

8. Группа компаний «Ангстрем». URL:http://www.angstrem.ru/.

9. Данилина Н.И., Дубровская Н.С., Кваша О.П., Смирнов Г.Л., Феклисов Г.И. Численные методы. М : Высш. школа, 1976.

10. Денисенко В.В. Компактные модели МОП-транзисторов для SPICE в микро- и наноэлектронике. . М: ФИЗМАТ ЛИТ, 2010.

11. Дьяконов В.П. Справочник по алгоритмам и программам на языке бейсик для персональных ЭВМ . М : НАУКА, 1987.

12. Жан М. Рабаи, Ананта Чандракасан, Боривож Николич Цифровые Интегральные Схемы. Методология проектирования. М : Вильяме, 2007.

13. Кафедра вычислительной техники СПбГУ ИТМО. URL: http://с sne ws. ifmo. ru.

14. Кемени Дж., Снелл, Дж. Кибернетическое моделирование, некоторые приложения / Пер. с англ. Б.Г. Миркина . M : Советское Радио, 1972.

15. Кнут Д. Исскуство программирования. Том 1. M : МИР, 1977.

16. Кнут Д. Исскуство прогрммирования. Том 2. M : МИР, 1977.

17. Компания "АСАМ". URL:http://www.acam.de/.

18. Компания "Altera". URL:http://www.altera.com/.

19. Компания "Dongbu Hi-Tek". URL:http://www.dongbuhitek.co.kr/.

20. Компания "Fairchild Semiconductor". URL:http://www.fairchildsemi.com/.

21. Компания "Maxim". URL:http://www.maxim-ic.com/.

22. Компания "STMicroelectronics". URL:http://www.st.com/.

23. Компания "Synópsys". URL:http://www.synopsys.com/.

24. Компания "Xilinx". URL:http://www.xilinx.com/.

25. Компия "Mentor Graphics". URL:http://www.mentor.com/.

26. Компния "Cadenee". URL:http://www.cadence.com/.

27. Кофман А. Введение в прикладную комбинаторику . M : НАУКА, 1975.

28. Кунц К.С. Численный анализ. Киев : TEXHIKA, 1964.

29. Мак-Кракен Д. Дорн У. Численные методы и программирование на ФОРТРАНе / Первод с англ. Б.Н. Казака . M : МИР, 1969.

30. Максфилд К. Проектирование на ПЛИС. Курс молодого бойца. M : Издательский дом «Додэка-ХХ1», 2007.

31. Маткаримов Б.Т., Палташев Т.Т., Чураев С.О., Внутрисхемные измерения временных задержек стандартных библиотечных элементов // Доклады Национальной Академии наук Республики Казахстан. -Алматы : -2010 г. 2. - стр. 7-10.

32. Маткаримов Б.Т., Палташев Т.Т., Чураев С.О. Измерение временных параметров стандартных библиотечных элементов на кристалле. Вестник Казахстанско-Британского технического университета. 2009. стр. 77-80.

33. Маткаримов Б.Т., Чураев С.О., Реализация на ПЛИС системы шумоподавления для мобильных устройств. // Известия НТО КАХАК. -Алматы : -2009. 3 (25). - стр. 45-48.

34. Моли Б. Unix/Linux: Теория и практика программирования / Пер. с англ. В.Д. Никитин. М : Кудиц-Образ, 2004.

35. Научно-производственная фирма "ЛМТ". URL:http://lmt.ifmo.ru/.

36. Научно-технический центр "БелМикроСистемы". URL:http://www.bms.by/.

37. ОАО «НИИМЭ и Микрон». URL:http://mikron.sitronics.ru/.

38. Органик Э. Организация системы Интел 432 . М : МИР, 1987.

39. Платунов А.Е., теоретические и методологические основы высокоуровневого проектирования встраиваемых вычислительных систем // Тезисы докторской диссертации. Санкт-Петербург : НИУ ИТМО, 2011.

40. Плотников А.Д. Численные методы. Минск : Новое знание, 2007.

41. Потехин Д.С., Тарасов И.Е. Разработка систем цифровой обработки сигналов на базе ПЛИС. М : Горячая линия - Телеком, 2002.

42. Поттер Д. Вычислительные методы в физике / Пер. с англ. Переверзева Г.В. М : МИР, 1975.

43. Ричард Л. Цифровая обработка сигнало: Второе издание. М : ООО «Бином-Пресс», 2006 г.

44. Соболь И.М. Численные методы Монте-Карло. М : НАУКА, 1973.

45. Суворова Е.А., Шейнин Ю.Е. Проектирование цифровых схем на VHDL . СПб : БХВ-Петербург, 2003.

46. Тихонов В.И., Харисов В.Н. Статистический анализ и синтез радиотехнических устройств и систем: М : Радио и связь, 2004.

47. Тюрин Ю.Н., Макаров A.A. Статистический анализ данных на компьютере / Под редакцией Фигурнова В.Э. М : ИНФРА-М, 1998.

48. Харин Ю.С. Компьютерный практикум по математическим методам защиты информации. Минск : БГУ, 2001.

49. Хаусхолдер A.C. Основы численного анализа . М : ИЛ, 1956.

50. Хемминг Р. Численные методы для научных работников и инженеров / Пер. с англ. Гутера. М : Наука, 1972.

51. Чураев С.О., Адамова А.Д., Палташев Т.Т., Реализация алгоритма шумоподавления в речевом тракте систем мобильной связи на базе СБИС . Вестник СПбГУ ИТМО, 2011. №01(71). - стр. 72-77.

52. Чураев С.О., Алексеев М.Н., Палташев Т.Т. Развитие новых методов повышения точности измерений в микроэлектронике и наноструктурах, CivEl 2010, Санкт-Петербург, СПбГУ ИТМО.

53. URL :http ://www. civel.ru/eng/.

54. Шевкопляс Б.В. Микропроцессорные структуры. Инженерные решения: Справочник 2-е изд. перераб. и доп. . - М : Радио и связь, 1990.

55. Щукин А.Н. Теория вероятностей и эксперементальное определение характеристик сложных объектов . М : Государственное Энергетическое Издательство, 1959.

56. Яглом И.М. Математика и реальный мир . М : ЗНАНИЕ, 1978.

57. Andreou A., Sanchez-Sinencio E. Low-Voltage/Low-Power Integrated Circuits and Systems: Low-Voltage Mixed-Signal Circuits. Wiley-IEEE Press, 1999.

58. Bailey D. Design for Embedded Image Processing on FPGAs . Wiley-IEEE Press.

59. Behzad Razavi. Design of Analog CMOS Integrated Circuits. Mc-Graw-Hill, 2001.

60. Bhattacharyya A. Compact MOSFET Models for VLSI Design . Wiley-IEEE Press , 2009.

61. Bogatin Eric. Signal Integrity simplified . New Jersey: Prentice Hall PTR, 2004.

62. Bowhill W., Chandrakasan A., Fox F. Design of High-Performance Microprocessor Circuits .Wiley-IEEE Press , 2001.

63. Brodersen R., Chandrakasan A. Low-Power CMOS Design . Wiley-IEEE Press, 1998.

64. Chen P., Chen C., Tsa C. A Time-to-Digital-Converter-Based CMOS Smart Temperature Sensor // IEEE Journal of Solid-State Circuits, vol. 40, no. 8,. -August 2005. pp. 1642-1648.

65. Chu P. RTL Hardware Design Using VHDL:Coding for Efficiency, Portability, and Scalability .Wiley-IEEE Press , 2006.

66. Churayev S. O., Paltashev T. T., Speed improvement in random sampling for on-chip cell characterization // Proceedings. 2011 IEEE Symposium on Design and Diagnostics of Electronic Circuits and Systems (DDECS-2011). Cotbus : , apr 2011. - pp. 305-308.

67. Churayev S.O., Matkarimov B.T., FPGA FFT Implementation // Proceedings of IEEE East-West Design & Test Symposium (EWDTS'09). -M: September 18-21, 2009. pp. 96-98.

68. Churayev S.O., Matkarimov B.T., Paltashev T.T., On-chip Measurements of Standard-Cell Propagation Delay // Proceedings of IEEE East-West Design143

69. Test Symposium (EWDTS'09). Moscow : , September 18-21, 2009. -pp. 93-95.

70. Ciletti Michael. Advanced digital design with Verlog HDL .Prentice Hall, 2003.

71. Davenport W., Root W. An Introduction to the Theory of Random Signals and Noise . Wiley-IEEE Press ,1987.

72. Davis W. Radio Frequency Circuit Design . Wiley-IEEE Press ,2010.

73. Goel A. High-Speed VLSI Interconnections . Wiley-IEEE Press , 2008.

74. Hall S., Heck H. Advanced Signal Integrity for High-Speed Digital Designs . Wiley-IEEE Press , 2009.

75. Handkiewicz A. Mixed-Signal Systems: A Guide to CMOS Circuit Design . Wiley-IEEE Press , 2002 .

76. Harame D., Oprysko M., Singh R. Silicon Germanium.Technology, Modeling, and Design . Wiley-IEEE Press , 2004.

77. Hawkins C., Segura J. CMOS Electronics:How It Works, How It Fails. Wiley-IEEE Press, 2004.

78. Haykin S., Kosko B. Intelligent Signal Processing . Wiley-IEEE Press , 2001.

79. Heydari P. Design and analysis of low-voltage current-mode logic buffers. Proceedings. Fourth International Symposium on Quality Electronic Design: IEEE Xplore, 2003.

80. Hsu S., Ker M. Transient-Induced Latchup in CMOS Integrated Circuits. Wiley-IEEE Press , 2009.

81. Huray P. The Foundations of Signal Integrity . Wiley-IEEE Press , 2010 .

82. Ituero P. Leakage-based On-Chip Thermal Sensor for CMOS Technology. Proceedings. IEEE International Symposium on Circuits and Systems, ISCAS 2007. 27-30 May 2007.

83. Kaeslin Hubert, ETH Zurich. Digital Integrated Circuit Design. From VLSI Architectures to CMOS Fabrication .Cambrifge University Press, 2008.

84. Kantardzic M. Data Mining:Concepts, Models, Methods, and Algorithms Wiley-IEEE Press, 2011.

85. Kilts S. Advanced FPGA Design:Architecture, Implementation, and Optimization . Wiley-IEEE Press , 2007.

86. Kodali W. Engineering Electromagnetic Compatibility Principles, Measurements, Technologies, and Computer Models . Wiley-IEEE Press, 2001.

87. Lee K. Principles of MEMS . Wiley-IEEE Press , 2011.

88. Luryi S., Xu J., Zaslavsky A. Future Trends in Microelectronics:From Nanophotonics to Sensors to Energy . Wiley-IEEE Press. 2010.

89. Mantyniemi Antti. An integrated cmos high precision time-to-digital converter based on stabilised three-stage delay line interpolation. // PhD thesis. OULU UNIVERSITY PRESS, 2004.

90. May G., Spanos C. Fundamentals of Semiconductor Manufacturing and Process Control. Wiley-IEEE Press , 2006.

91. Mcandrew C. Statistical modeling for circuit simulation // Proceedings. Fourth International Symposium on Quality Electronic Design. Tempe, AZ, USA : March 24-26 , 2003.

92. Najm F. Circuit Simulation. Wiley-IEEE Press , 2010.

93. Pablo Ituero, L'opez-Vallejo, Jos'e L., Ayala Marisa. Leakage-based On-Chip Thermal Sensor. // IEEE Transactions on Circuits and Systems. -2007.-pp. 3327 3330.

94. Padmanabhan T., Sundari B., Design Through Verilog HDL . Wiley-IEEE Press, 2004.

95. Palniktar S. Verilog HDL. A Guide to digital design and synthesis . SunSoft Press A Prentice Hall Title, 2003.

96. Paul C. Inductance: Loop and Partial. Wiley-IEEE Press ,2010.

97. Paul C. Transmission Lines in Digital and Analog Electronic Systems: Signal Integrity and Crosstalk . Wiley-IEEE Press , 2010.

98. Ruffoni M., Bogliolo A. Direct Measures of Path Delays on Commercial FPGA Chips. // Signal Propagation on Interconnects, 6th IEEE Workshop on. Pisa, Italy: May 12- 15, 2002. - pp. 157 - 159.

99. Sayed A. Adaptive Filters . Wiley-IEEE Press , 2008.

100. Schroder D. Semiconductor Material and Device Characterization . Wiley-IEEE Press , 2006.

101. Singh R. Signal Integrity Effects in Custom IC and ASIC Designs . Wiley-IEEE Press , 2002.

102. Straayer Matthew. Noise Shaping Techniques for Analog and Time to Digital Converters Using Voltage Controlled Oscillators. PhD thesis. MASSACHUSETTS INSTITUTE OF TECHNOLOGY, June 2008.

103. Sutherland S., Davidmann S., Flake P. System Verilog for Design (Second Edition) .Springer Science+Business Media, 2006.

104. Taylor F. Digital Filters: Principles and Applications with MATLAB. Wiley-IEEE Press ,2012.

105. Tsai Jeng-Liang. Clock Tree Synthesis for Timing Convergence and Timing Yield Improvement in Nanometer Technologies. PhD thesis. UNIVERSITY OF WISCONSIN-MADISON, 2005.

106. Xiu, L. VLSI Circuit Design Methodology Demystified: A Conceptual Taxonomy . Wiley-IEEE Press , 2008.