On evaluating temperature as observable for CMOS technology variability

The temperature at surface of a silicon die depends on the activity of the circuits placed on it. In this paper, it is analyzed how Process, Voltage and Temperature (PVT) variations affect simultaneously some figures of merit (FoM) of some digital and analog circuits and the power dissipated by such circuits. It is shown that in some cases, a strong correlation exists between the variation of the circuit FoM and the variation of the dissipated power. Since local temperature increase at the silicon surface close to the circuit linearly depends on dissipated power, the results show that temperature can be considered as an observable magnitude for CMOS technology variability monitoring.Postprint (published version

Metal-Oxide-Semiconductor-Only Process Corner Monitoring Circuit

A process corner monitoring circuit (PCMC) is presented in this work. The circuit generates a signal, the logical value of which depends on the process corner only. The signal can be used in both digital and analog circuits for testing and compensation of process variations (PV). The presented circuit uses only metal-oxide-semiconductor (MOS) transistors, which allow increasing its detection accuracy, decrease power consumption and area. Due to its simplicity the presented circuit can be easily modified to monitor parametrical variations of only n-type and p-type MOS (NMOS and PMOS, respectively) transistors, resistors, as well as their combinations. Post-layout simulation results prove correct functionality of the proposed circuit, i.e. ability to monitor the process corner (equivalently die-to-die variations) even in the presence of within-die variations

Study and implementation of a PVT insensitive CMOS oscillator

Fallières Armand. Circulaire adressée aux Préfets, au sujet du classement des instituteurs. In: Bulletin administratif de l'instruction publique. Tome 47 n°891, 1890. pp. 137-138

Variability-aware design of CMOS nanopower reference circuits

Questo lavoro è inserito nell'ambito della progettazione di circuiti microelettronici analogici con l'uso di tecnologie scalate, per le quali ha sempre maggiore importanza il problema della sensibilità delle grandezze alle variazioni di processo. Viene affrontata la progettazione di generatori di quantità di riferimento molto precisi, basati sull’uso di dispositivi che sono disponibili anche in tecnologie CMOS standard e che sono “intrinsecamente” più robusti rispetto alle variazioni di processo. Questo ha permesso di ottenere una bassa sensibilità al processo insieme ad un consumo di potenza estremamente ridotto, con il principale svantaggio di una elevata occupazione di area. Tutti i risultati sono stati ottenuti in una tecnologia 0.18μm CMOS. In particolare, abbiamo progettato un riferimento di tensione, ottenendo una deviazione standard relativa della tensione di riferimento dello 0.18% e un consumo di potenza inferiore a 70 nW, sulla base di misure su un set di 20 campioni di un singolo batch. Sono anche disponibili risultati relativi alla variabilità inter batch, che mostrano una deviazione standard relativa cumulativa della tensione di riferimento dello 0.35%. Abbiamo quindi progettato un riferimento di corrente, ottenendo anche in questo caso una sensibilità al processo della corrente di riferimento dell’1.4% con un consumo di potenza inferiore a 300 nW (questi sono risultati sperimentali ottenuti dalle misure su 20 campioni di un singolo batch). I riferimenti di tensione e di corrente proposti sono stati quindi utilizzati per la progettazione di un oscillatore a rilassamento a bassa frequenza, che unisce una ridotta sensibilità al processo, inferiore al 2%, con un basso consumo di potenza, circa 300 nW, ottenuto sulla base di simulazioni circuitali. Infine, nella progettazione dei blocchi sopra menzionati, abbiamo applicato un metodo per la determinazione della stabilità dei punti di riposo, basato sull’uso dei CAD standard utilizzati per la progettazione microelettronica. Questo approccio ci ha permesso di determinare la stabilità dei punti di riposo desiderati, e ci ha anche permesso di stabilire che i circuiti di start up spesso non sono necessari