Ακριβείς Και Αποδοτικές Μέθοδοι Μοντελοποίησης Επαγωγικών Δομών Σε Τεχνολογίες Πυριτίου Και Ανάπτυξη Των Αντίστοιχων Εφαρμογών.

Abstract

Στην παρούσα διπλωματική διερευνώνται οι μέθοδοι μοντελοποίησης των ολοκληρωμένων επαγωγικών δομών όπως τα πηνία, οι μετασχηματιστές και οι γραμμές μεταφοράς, για χρήση σε τηλεπικοινωνιακά ολοκληρωμένα κυκλώματα. Ταυτόχρονα δίνεται η θεωρητική βάση για την κατασκευή μιας σουίτας εφαρμογών CAD και ακολούθως υλοποιούνται κάποιες από αυτές.Ιδιαίτερη έμφαση έχει δοθεί στη μείωση του κόστους των αλγορίθμων με απώτερο σκοπό την επιτάχυνση της διαδικασίας σχεδίασης ενός ολοκληρωμένου τηλεπικοινωνιακού κυκλώματος. Διαπιστώνονται μεγάλα περιθώρια αύξησης της ταχύτητας προσομοίωσης σε σχέση με τα υπάρχοντα εργαλεία CAD.Στο κεφάλαιο 6 δίνονται οι αρχές λειτουργίας ενός εξειδικευμένου πυρήνα SPICE. Ο πυρήνας αυτός προορίζεται για προσομοίωση επαγωγικών δομών και έχει τα προσόντα να είναι μέχρι και δυο τάξεις μεγέθους ταχύτερος από τους συμβατικούς SPICE προσομοιωτές στη συγκεκριμένη διεργασία. Για την επιτάχυνση των επιδόσεων χρησιμοποιούνται μεταξύ άλλων κλασικές κυκλωματικές τεχνικές και αντιστροφή των μιγαδικών μητρών με τη χρήση παράλληλων εντολών τύπου SSE+.Στο κεφάλαιο 7 αναλύεται η προγραμματιστική πολυπλοκότητα των προσομοιωτών τύπου Cadence στην ανάλυση ενός πλήρους τηλεπικοινωνιακού κυκλώματος και διαπιστώνεται ότι οι σύνθετες επαγωγικές δομές είναι βασική αιτία καθυστέρησης. Προτείνεται μια μεθοδολογία D.R.S (Decomposition-Reduction-Synthesis), ορολογία που εισάγεται εδώ η οποία μειώνει δραματικά το ισοδύναμο της επαγωγικής δομής δικτύωμα και το χρόνο προσομοίωσης ολόκληρου του τηλεπικοινωνιακού κυκλώματος. Η μέθοδος χρησιμοποιεί παρεμβολή με μιγαδικές ρητές συναρτήσεις και μειώνει την τάξη των προς επίλυση εξισώσεων. Το όφελος ανάλογα με τον τύπο του κυκλώματος είναι περίπου μία τάξη μεγέθους. Η μέθοδος είναι κατάλληλη και για τη μετατροπή σε ισοδύναμα κυκλωματικά δίκτυα, δεδομένων από μετρημένες επαγωγικές δομές ακόμα και ενσωματωμένες στη συσκευασία ή από αποτελέσματα προσομοίωσης με προσομοιωτές πλήρους κύματος, όπως το πρόγραμμα ADS Momentum ή το Ansoft HFSS.Αφού προηγήθηκε η θεωρητική μελέτη, υλοποιήσαμε σε περιβάλλον Cadence μία εφαρμογή που αναλύει την παρασιτική αλληλεπίδραση μεταξύ πηνίων και γραμμών μεταφοράς. Η εφαρμογή δίνει τη δυνατότητα στο μηχανικό του σχηματικού να αποθηκεύσει πληροφορίες και κανόνες σχεδίασης (Design Rules) τα οποία μέσω γραφικής αλληλεπίδρασης θα τα ανακτήσει και θα τα αξιολογήσει ο σχεδιαστής του Layout.Επιπλέον γίνεται μια πρώτη προσπάθεια να καλυφθεί το κενό που υπάρχει, όσον αφορά τη συστηματική σύνθεση επαγωγικών δομών με προδιαγραφές βελτιστότητας. Εξετάζεται μια εξειδίκευση του μη γραμμικού προγραμματισμού προσαρμοσμένη στις απαιτήσεις των τηλεπικοινωνιακών ολοκληρωμένων. Σε αντίθεση με το περίπλοκο για τις μικροκυματικές σχεδιάσεις γενικό πρόβλημα του αυτομάτου routing, το υποπρόβλημα που εξετάζουμε μπορεί να επιλύεται σε λίγα λεπτά.