Observatorio de I+D+i UPM

Memorias de investigación
Thesis:
Modeling and design of ring oscillators and their application in radiation environments.
Year:2017
Research Areas
  • Electronic technology and of the communications,
  • Microelectronics,
  • Electronic circuits,
  • Microelectronic design,
  • Design of mixed integrate circuits
Information
Abstract
El objetivo final, esta Tesis se centra en el estudio y mejora de uno de los circuitos más utilizados a lo largo de la historia, el oscilador en anillo. Los osciladores en anillo son osciladores muy robustos y que oscilan en casi cualquier circunstancia. Ambas características los han convertido en unos dispositivos muy versátiles que se implementan en aplicaciones muy heterogéneas: estructuras de test, PLLs, DLLs o relojes. Así, mejorar el diseño de este dispositivo supone una mejora potencial en cada una de las aplicaciones finales que lo utilizan. En esta Tesis, utilizamos los efectos producidos por la radiación en los osciladores en anillo para llevar a cabo esta tarea. Primero, hemos diseñado un sensor de Dosis Total Absorbida que se beneficia de los efectos producidos por la acumulación de carga. Este sensor presenta las siguientes características: es autotemporizado, tiene una sensibilidad configurable, es digital y su interfaz permite integrarlo en una red de sensores multidisciplinar. Hemos diseñado, implementado y fabricado el sensor en una tecnología comercial de 0,35 ?m. Y lo hemos medido y caracterizado en términos de radiación hasta 575 krad y de temperatura dese 0 a 50 ?C. El sensor ocupa un área de 0,0047 mm2 y consume 463 pJ por medida. Segundo, hemos propuesto un oscilador en anillo tolerante a efectos puntuales transitorios (SETs) sin penalización de área. Para ello, hemos enmascarado las corrientes inducidas por la radiación mediante la configuración del ciclo de trabajo de la señal de salida del oscilador. Esta configuración se basa en la implementación de etapas asimétricas. La validación de nuestra propuesta se realizó mediante métodos de simulación y emulación. Tercero, hemos desarrollado dos modelos que generalizan el método de configuración del ciclo de trabajo del oscilador en anillo. El primero de estos modelos se basa en el diseño del trazado de cada uno de los transistores, y el segundo se basa en utilizar diferentes esquemas de alimentación. Estos modelos han sido validados con simulaciones de una tecnología comercial de 40 nm. Por último, hemos aplicado los modelos desarrollados para implementar un PUF basado en osciladores en anillo. Estos sistemas son sistemas de seguridad hardware que requieren una gran fiabilidad. Para aumentar la fiabilidad de los sistemas actuales, hemos propuesto medir el ciclo de trabajo en lugar de la frecuencia de salida, consiguiendo mejoras de más del 20% en el peor de los casos.
International
No
Type
Doctoral
Mark Rating
Sobresaliente cum laude
Date
17/03/2017
Participants
  • Director: M. Luisa Lopez Vallejo (UPM)
  • Autor: Javier Agustin Saenz (UPM)
Research Group, Departaments and Institutes related
  • Creador: Grupo de Investigación: Laboratorio de Sistemas Integrados (LSI)
  • Centro o Instituto I+D+i: Centro de I+d+i en Procesado de la Información y Telecomunicaciones
  • Departamento: Ingeniería Electrónica
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