763 research outputs found

    FOCE Medium Voltage Load Switcher

    Get PDF

    Reliable Low-Power High Performance Spintronic Memories

    Get PDF
    Moores Gesetz folgend, ist es der Chipindustrie in den letzten fünf Jahrzehnten gelungen, ein explosionsartiges Wachstum zu erreichen. Dies hatte ebenso einen exponentiellen Anstieg der Nachfrage von Speicherkomponenten zur Folge, was wiederum zu speicherlastigen Chips in den heutigen Computersystemen führt. Allerdings stellen traditionelle on-Chip Speichertech- nologien wie Static Random Access Memories (SRAMs), Dynamic Random Access Memories (DRAMs) und Flip-Flops eine Herausforderung in Bezug auf Skalierbarkeit, Verlustleistung und Zuverlässigkeit dar. Eben jene Herausforderungen und die überwältigende Nachfrage nach höherer Performanz und Integrationsdichte des on-Chip Speichers motivieren Forscher, nach neuen nichtflüchtigen Speichertechnologien zu suchen. Aufkommende spintronische Spe- ichertechnologien wie Spin Orbit Torque (SOT) und Spin Transfer Torque (STT) erhielten in den letzten Jahren eine hohe Aufmerksamkeit, da sie eine Reihe an Vorteilen bieten. Dazu gehören Nichtflüchtigkeit, Skalierbarkeit, hohe Beständigkeit, CMOS Kompatibilität und Unan- fälligkeit gegenüber Soft-Errors. In der Spintronik repräsentiert der Spin eines Elektrons dessen Information. Das Datum wird durch die Höhe des Widerstandes gespeichert, welche sich durch das Anlegen eines polarisierten Stroms an das Speichermedium verändern lässt. Das Prob- lem der statischen Leistung gehen die Speichergeräte sowohl durch deren verlustleistungsfreie Eigenschaft, als auch durch ihr Standard- Aus/Sofort-Ein Verhalten an. Nichtsdestotrotz sind noch andere Probleme, wie die hohe Zugriffslatenz und die Energieaufnahme zu lösen, bevor sie eine verbreitete Anwendung finden können. Um diesen Problemen gerecht zu werden, sind neue Computerparadigmen, -architekturen und -entwurfsphilosophien notwendig. Die hohe Zugriffslatenz der Spintroniktechnologie ist auf eine vergleichsweise lange Schalt- dauer zurückzuführen, welche die von konventionellem SRAM übersteigt. Des Weiteren ist auf Grund des stochastischen Schaltvorgangs der Speicherzelle und des Einflusses der Prozessvari- ation ein nicht zu vernachlässigender Zeitraum dafür erforderlich. In diesem Zeitraum wird ein konstanter Schreibstrom durch die Bitzelle geleitet, um den Schaltvorgang zu gewährleisten. Dieser Vorgang verursacht eine hohe Energieaufnahme. Für die Leseoperation wird gleicher- maßen ein beachtliches Zeitfenster benötigt, ebenfalls bedingt durch den Einfluss der Prozess- variation. Dem gegenüber stehen diverse Zuverlässigkeitsprobleme. Dazu gehören unter An- derem die Leseintereferenz und andere Degenerationspobleme, wie das des Time Dependent Di- electric Breakdowns (TDDB). Diese Zuverlässigkeitsprobleme sind wiederum auf die benötigten längeren Schaltzeiten zurückzuführen, welche in der Folge auch einen über längere Zeit an- liegenden Lese- bzw. Schreibstrom implizieren. Es ist daher notwendig, sowohl die Energie, als auch die Latenz zur Steigerung der Zuverlässigkeit zu reduzieren, um daraus einen potenziellen Kandidaten für ein on-Chip Speichersystem zu machen. In dieser Dissertation werden wir Entwurfsstrategien vorstellen, welche das Ziel verfolgen, die Herausforderungen des Cache-, Register- und Flip-Flop-Entwurfs anzugehen. Dies erre- ichen wir unter Zuhilfenahme eines Cross-Layer Ansatzes. Für Caches entwickelten wir ver- schiedene Ansätze auf Schaltkreisebene, welche sowohl auf der Speicherarchitekturebene, als auch auf der Systemebene in Bezug auf Energieaufnahme, Performanzsteigerung und Zuver- lässigkeitverbesserung evaluiert werden. Wir entwickeln eine Selbstabschalttechnik, sowohl für die Lese-, als auch die Schreiboperation von Caches. Diese ist in der Lage, den Abschluss der entsprechenden Operation dynamisch zu ermitteln. Nachdem der Abschluss erkannt wurde, wird die Lese- bzw. Schreiboperation sofort gestoppt, um Energie zu sparen. Zusätzlich limitiert die Selbstabschalttechnik die Dauer des Stromflusses durch die Speicherzelle, was wiederum das Auftreten von TDDB und Leseinterferenz bei Schreib- bzw. Leseoperationen re- duziert. Zur Verbesserung der Schreiblatenz heben wir den Schreibstrom an der Bitzelle an, um den magnetischen Schaltprozess zu beschleunigen. Um registerbankspezifische Anforderungen zu berücksichtigen, haben wir zusätzlich eine Multiport-Speicherarchitektur entworfen, welche eine einzigartige Eigenschaft der SOT-Zelle ausnutzt, um simultan Lese- und Schreiboperatio- nen auszuführen. Es ist daher möglich Lese/Schreib- Konfilkte auf Bitzellen-Ebene zu lösen, was sich wiederum in einer sehr viel einfacheren Multiport- Registerbankarchitektur nieder- schlägt. Zusätzlich zu den Speicheransätzen haben wir ebenfalls zwei Flip-Flop-Architekturen vorgestellt. Die erste ist eine nichtflüchtige non-Shadow Flip-Flop-Architektur, welche die Speicherzelle als aktive Komponente nutzt. Dies ermöglicht das sofortige An- und Ausschalten der Versorgungss- pannung und ist daher besonders gut für aggressives Powergating geeignet. Alles in Allem zeigt der vorgestellte Flip-Flop-Entwurf eine ähnliche Timing-Charakteristik wie die konventioneller CMOS Flip-Flops auf. Jedoch erlaubt er zur selben Zeit eine signifikante Reduktion der statis- chen Leistungsaufnahme im Vergleich zu nichtflüchtigen Shadow- Flip-Flops. Die zweite ist eine fehlertolerante Flip-Flop-Architektur, welche sich unanfällig gegenüber diversen Defekten und Fehlern verhält. Die Leistungsfähigkeit aller vorgestellten Techniken wird durch ausführliche Simulationen auf Schaltkreisebene verdeutlicht, welche weiter durch detaillierte Evaluationen auf Systemebene untermauert werden. Im Allgemeinen konnten wir verschiedene Techniken en- twickeln, die erhebliche Verbesserungen in Bezug auf Performanz, Energie und Zuverlässigkeit von spintronischen on-Chip Speichern, wie Caches, Register und Flip-Flops erreichen

    Programmable CMOS Analog-to-Digital Converter Design and Testability

    Get PDF
    In this work, a programmable second order oversampling CMOS delta-sigma analog-to-digital converter (ADC) design in 0.5µm n-well CMOS processes is presented for integration in sensor nodes for wireless sensor networks. The digital cascaded integrator comb (CIC) decimation filter is designed to operate at three different oversampling ratios of 16, 32 and 64 to give three different resolutions of 9, 12 and 14 bits, respectively which impact the power consumption of the sensor nodes. Since the major part of power consumed in the CIC decimator is by the integrators, an alternate design is introduced by inserting coder circuits and reusing the same integrators for different resolutions and oversampling ratios to reduce power consumption. The measured peak signal-to-noise ratio (SNR) for the designed second order delta-sigma modulator is 75.6dB at an oversampling ratio of 64, 62.3dB at an oversampling ratio of 32 and 45.3dB at an oversampling ratio of 16. The implementation of a built-in current sensor (BICS) which takes into account the increased background current of defect-free circuits and the effects of process variation on ΔIDDQ testing of CMOS data converters is also presented. The BICS uses frequency as the output for fault detection in CUT. A fault is detected when the output frequency deviates more than ±10% from the reference frequency. The output frequencies of the BICS for various model parameters are simulated to check for the effect of process variation on the frequency deviation. A design for on-chip testability of CMOS ADC by linear ramp histogram technique using synchronous counter as register in code detection unit (CDU) is also presented. A brief overview of the histogram technique, the formulae used to calculate the ADC parameters, the design implemented in 0.5µm n-well CMOS process, the results and effectiveness of the design are described. Registers in this design are replaced by 6T-SRAM cells and a hardware optimized on-chip testability of CMOS ADC by linear ramp histogram technique using 6T-SRAM as register in CDU is presented. The on-chip linear ramp histogram technique can be seamlessly combined with ΔIDDQ technique for improved testability, increased fault coverage and reliable operation

    Digital liquid level transducer

    Get PDF
    Digital liquid level transducer for ultrasonic binary measurement

    Design of variation-tolerant synchronizers for multiple clock and voltage domains

    Get PDF
    PhD ThesisParametric variability increasingly affects the performance of electronic circuits as the fabrication technology has reached the level of 32nm and beyond. These parameters may include transistor Process parameters (such as threshold voltage), supply Voltage and Temperature (PVT), all of which could have a significant impact on the speed and power consumption of the circuit, particularly if the variations exceed the design margins. As systems are designed with more asynchronous protocols, there is a need for highly robust synchronizers and arbiters. These components are often used as interfaces between communication links of different timing domains as well as sampling devices for asynchronous inputs coming from external components. These applications have created a need for new robust designs of synchronizers and arbiters that can tolerate process, voltage and temperature variations. The aim of this study was to investigate how synchronizers and arbiters should be designed to tolerate parametric variations. All investigations focused mainly on circuit-level and transistor level designs and were modeled and simulated in the UMC90nm CMOS technology process. Analog simulations were used to measure timing parameters and power consumption along with a “Monte Carlo” statistical analysis to account for process variations. Two main components of synchronizers and arbiters were primarily investigated: flip-flop and mutual-exclusion element (MUTEX). Both components can violate the input timing conditions, setup and hold window times, which could cause metastability inside their bistable elements and possibly end in failures. The mean-time between failures is an important reliability feature of any synchronizer delay through the synchronizer. The MUTEX study focused on the classical circuit, in addition to a number of tolerance, based on increasing internal gain by adding current sources, reducing the capacitive loading, boosting the transconductance of the latch, compensating the existing Miller capacitance, and adding asymmetry to maneuver the metastable point. The results showed that some circuits had little or almost no improvements, while five techniques showed significant improvements by reducing τ and maintaining high tolerance. Three design approaches are proposed to provide variation-tolerant synchronizers. wagging synchronizer proposed to First, the is significantly increase reliability over that of the conventional two flip-flop synchronizer. The robustness of the wagging technique can be enhanced by using robust τ latches or adding one more cycle of synchronization. The second approach is the Metastability Auto-Detection and Correction (MADAC) latch which relies on swiftly detecting a metastable event and correcting it by enforcing the previously stored logic value. This technique significantly reduces the resolution time down from uncertain synchronization technique is proposed to transfer signals between Multiple- Voltage Multiple-Clock Domains (MVD/MCD) that do not require conventional level-shifters between the domains or multiple power supplies within each domain. This interface circuit uses a synchronous set and feedback reset protocol which provides level-shifting and synchronization of all signals between the domains, from a wide range of voltage-supplies and clock frequencies. Overall, synchronizer circuits can tolerate variations to a greater extent by employing the wagging technique or using a MADAC latch, while MUTEX tolerance can suffice with small circuit modifications. Communication between MVD/MCD can be achieved by an asynchronous handshake without a need for adding level-shifters.The Saudi Arabian Embassy in London, Umm Al-Qura University, Saudi Arabi

    ASDTIC control and standardized interface circuits applied to buck, parallel and buck-boost dc to dc power converters

    Get PDF
    Versatile standardized pulse modulation nondissipatively regulated control signal processing circuits were applied to three most commonly used dc to dc power converter configurations: (1) the series switching buck-regulator, (2) the pulse modulated parallel inverter, and (3) the buck-boost converter. The unique control concept and the commonality of control functions for all switching regulators have resulted in improved static and dynamic performance and control circuit standardization. New power-circuit technology was also applied to enhance reliability and to achieve optimum weight and efficiency

    Laminated ferrite memory system

    Get PDF
    Feasibility study of random access laminated ferrite memory system for spacecraft us

    Analog, hybrid, and digital simulation

    Get PDF
    Analog, hybrid, and digital computerized simulation technique
    • …
    corecore