Estimación de voltajes óptimos para polarización de cuerpo en circuitos CMOS

Abstract

La industria de semiconductores es un mercado en crecimiento constante y altamente competitivo. Por otra parte, el diseño de circuitos integrados requiere gran cantidad de recursos: mano de obra especializada e infraestructura computacional de alta capacidad. Por esto es importante el desarrollo de herramientas que asistan al diseñador para hacer un uso eficiente de los recursos disponibles. En el presente trabajo se propone un modelo simplificado del desempeño y comportamiento de circuitos integrados de gran escala, que permita estimar parámetros de diseño óptimos de forma precoz y eficaz. En particular, se aborda el problema de la estimación del voltaje de polarización de cuerpo óptimo para diseños basados en tecnología CMOS, utilizando la métrica del producto energía-retardo como indicador del desempeño del circuito. El modelo propuesto describe el comportamiento de un circuito complejo como una suma de compuertas lógicas que lo componen. Aplicándolo es posible estimar un voltaje óptimo para un diseño de gran escala analizando solamente el comportamiento de una sola compuerta. Para esto se considera que el comportamiento de las distintas compuertas es proporcional al de un inversor lógico de la tecnología correspondiente, para lo que se postula un modelo de regresión lineal. Se utilizan herramientas de simulación especializadas para la obtención de los datos necesarios para evaluar los criterios de aceptación de las distintas hipótesis requeridas para la derivación del modelo propuesto. Se analiza también la eficacia de dicho modelo en la estimación del voltaje de polarización de cuerpo óptimo en un diseño de pruebas. Analizando los datos obtenidos, se observa que no todas las hipótesis requeridas para la derivación del modelo evalúan positivamente el respectivo criterio de aceptación. Sin embargo, el modelo propuesto consigue una reducción de un 6% en el producto energía-retardo comparando con la referencia. Se concluye que el la metodología planteada puede ser de gran utilidad para estimar y predecir el desempeño de un circuito integrado en etapas iniciales del proceso de diseño. El modelo puede ser aplicado para estimar voltajes óptimos de polarización de cuerpo, y existe la posibilidad de que sea aplicable en la estimación de otros parámetros tales como voltaje de alimentación y frecuencia de reloj. Durante la evaluación de las hipótesis planteadas se identifican aquellos aspectos de la metodología propuesta donde los resultados difieren de lo esperado, para los que se sugiere realizar un análisis más profundo que permita mejorar la precisión del modelo propuesto.