بخشی از مقاله
*** این فایل شامل تعدادی فرمول می باشد و در سایت قابل نمایش نیست ***
محاسبه و تخمين جريان نشتي در مدارات VLSI
چکيده
تکنولوژي هاي امروزي به دنبال کاهش اندازه و توان مصرفي در مدارات الکترونيکي خودمي باشند. هرچه مقياس مدارات VLSIکاهش مي يابد، به همان اندازه جريان نشتي در اين مدارات مي تواند افزايش يابد. با توجه به هدف ديگر تکنولوژي هاي امرو ي ، يعني کاهش توان مصرفي ، بايد جريان نشتي در مدارات کاهش يابد تا از توان اتلافي در Subthreashold مدارات VLSI جلوگيري شود. لذا در حال حاضر تخمين و محاسبه توان نشتي مدارات از درجه اهميت بسیار بالايي برخوردارمي باشد. ما در اين مقاله مدل هايي را ارايه کرده ايم که مي تواند توان نشتي را در حد قابل قبولي تخ ين بزند. در دو مدل اول ورودي ها بر اساس کل گيت هاي مدار در نظر گرفته شده و در مدل هاي بعدي با اعمال اثر توان ورودي ها، توان نشتي تخ ين زده شده است .
کلمات کليدي
مدارات VLSI، جريان نشتي ، توان نشتي ، تخ ين توان ، توان Subthreashold، رگر يون چندگانه .
۱-مقدمه
در حال حاضر تقريبا اغلب تکنولوژي ها به دنبال کاهش مقياس و توان مصرفي در مدارات خود مي باشند. ازاين رو جهت دستيابي به مداراتي با ابعاد کوچکتر و سرعت بيشتر احتمال بروز جريان هاي نشتي در اين مدارات افزايش مي يابد. بروز جريان هاي نشتي در سطح زير آستانه موجب مي شود که توان مدار تلف شود.
به علاوه جهت افزايش قابليت جريان دهي در مدارات VLSI امروزي از روش کاهش آستانه ولتاژ ترانزيستور ها استفاده مي شود.اين موضوع منجر به ظهور مدارات و سيستم هايي شد که ولتاژ کار آنها ۳.۳ولت و حتي کمتر شد. اين درحالي است که با کاهش آستانه ولتاژ جريان نشتي و توان اتلافي افزايش مي يابد. لذا تخمين جريان نشتي در ابعاد بسیار کوچک داراي اهميت بالايي مي باشد. در پردازنده ها معمولا حدود ۹۵% زمان در حالت بيکار قرار دارد و دراين حالت توان مصرفي مربوط به جريان نشت مي باشد.
يکي از روش هاي محاسبه توان در مدارات ديجيتالي استفاده از ابزار هاي EDA مي باشد. البته لازم به ذکر است که در اين ابزارها از تواننشتي در مدارات صرفنظر شده است . جهت محاسبه دقيق توان نشتي الگوريتم خاصي ارايه نشده است . لذا محاسبه و تخمين توان نشتي در مدارات الکترونيکي پرسرعت و کم مصرف از اهميت بسيار بالايي برخوردارمي باشد.
دراين مقاله به بررسي چند روش جهت محاسبهتوان نشتي می پردازيم .
در دو مدل اول کل دروازه ها را به عنوان ورودي مدار در نظرمي گيريم . که در اينحالت ميزان توان نشتي تخمين زده شده حدود ۸۵% توان واقعي مي باشد. سپس جهت محاسبه از تعداد و ميزان نشتي دروازه ها استفاده شد. که دراين حالت دقت متوسط حدود ۸۹% توان واقي بود. در مدل هاي بعدي با استفاده از رگرسيون چندگانه تخميني حاصل شد که حدود ۹۰% مقدار واقعي بود.
۲- شبيه سازي نشتي درگيت ها
از عمده ترين عوامل موثر بر ايجاد جريان نشتي در مدارات مي توان به دو عامل زير اشاره کرد:
۱-جريان زير آستانه
۲- ولتاژ معکوس در اتصال p-n
جريان زير آستانه با ولتاژ آستانه ترانزيستور ها را بطه نمايي دارد.
براي محاسبه اين جريان از رابطه زير استفاده مي کنيم .
دراين فرمول ها Vgs ولتاژ بين گيت و سورس ، Vds ولتاژ بين درين و سورس و Vs ولتاژ سورس ترانزيستورهامي باشد.
پارامتر ضريب اثر بدنه خطي شده مي باشد. وقتي Vs کوچک باد تقريبامي توان گفت که اثر بدنه خطي مي باشد.
پارامتر ضريب DIBL بوده و اثر Vds را بر ولتاژ آستانه Vth شبيه سازي مي کند.همچنين Cox مر بوط به خازن اکسيد گيت بوده و W عرض و L طول کانال را در ترانزيسترها بيان مي کند.
توان نشتي در مدارات الکترونيکي به عوامل ديگري نظ ر دما، بردار ورودي ، توپولوژي مدار و ولتاژ آستانه بستگي دارد.
در ابتدا جريان زير آستانه را براي گيت هاي استاندارد و به ازاي ورودي هاي مختلف توسط نرم افزار HSPICE شبيه سازي مي کنيم . پارامتر مربوط به تکنولوژي را در اين نرم افزار با مقدار um٠١٨تنظيم مي کنيم . جدول (۱) اين مقادير را بيان مي کند.
3-مدل هاي پيشنهادي
دراين مقاله مدارات ISCSAS٨٥ و ISCAS٨٩ مورد بررسي قرار گرفته است . جدول (۲) تعداد گيت هاي مختلف را در اين مدارات نشان مي دهد.
در جدول (۳) توان نشتي آنها بر اساس يک سري از آزمون ها٥نشان داده شده است .
جدول (۲): تعداد گيت ها در مدارات ISCAS85 و ISCAS٨٩
جدول (۳): توان نشتي در مدارات ISCAS85 و ISCAS89
