Please use this identifier to cite or link to this item: http://hdl.handle.net/11422/6321
Type: Tese
Title: Study and development of low power consumption SRAMs on 28 nm FD-SOI CMOS process
Author(s)/Inventor(s): Olivera Mederos, Luis Fabián
Advisor: Petraglia, Antonio
Abstract: O projeto de circuitos analogicos em processos nanométricos CMOS ( < 90 nm) per substancialmente afetado pelas variacões do processo de fabricacão, sendo cada vez mais desafiador para os projetistas alcançar soluções eficientes no desempenho dos circuitos mediante o uso de modelos analíticos. Simulacões extensas com alto custo com- putacional sao normalmente requeridas para providenciar um correto funcionamento do circuito. Por outro lado, devido ao fato que a estrutura bulk-CMOS esta alcançando seus limites de escala (< 32 nm), outros transistores foram desenvolvidos como sucessores, tais como o fully depleted silicon-on-insulator (FD-SOI), Multigate MOSFET, entre outros, surgindo novas tecnicas de projeto que utilizam as características aprimoradas destes dispositivos. Dessa forma, esta tese de doutorado se foca no desenvolvimento de modelos analíticos dos parametros mais importantes do cache SRAM implementado em processo CMOS FD-SOI de 28 nm, principalmente para explorar as dimensõoes dos transistores com baixo custo computacional, e assim produzir solucões eficientes em termos de consumo de energia, velocidade e rendimento. Aproveitando o baixo custo computacional e a alta concordância dos modelos analíticos, nesta tese fomos capazes de propor um dimensionamento nao tradicional para a célula de memória 6T-SRAM, em que diferentemente é do classico dimensionamento "thin-cell”, os comprimentos dos transistores são utilizados como variável de projeto com o fim de reduzir o consumo estático de corrente. A estrutura single-P-well (SPW), combinada com a técnica reverse-body-biasing (RBB) foram utilizadas para alcançar um melhor balanço entre as correntes específicas dos transistores do tipo P e N.
Abstract: Since analog circuit designs in CMOS nanometer (< 90 nm) nodes can be substantially affected by manufacturing process variations, circuit performance becomes more challenging to achieve efficient solutions by using analytical models. Extensive simulations are thus commonly required to provide a high yield. On the other hand, due to the fact that the classical bulk MOS structure is reaching scaling limits (< 32 nm), alternative approaches are being developed as successors, such as fully depleted silicon-oninsulator (FD-SOI), Multigate MOSFET, FinFETs, among others, and new design techniques emerge by taking advantage of the improved features of these devices. This thesis focused on the development of analytical expressions for the major performance parameters of the SRAM cache implemented in 28 nm FD-SOI CMOS, mainly to explore the transistor dimensions at low computational cost, thereby producing efficient designs in terms of energy consumption, speed and yield. By taking advantage of both low computational cost and close agreement results of the developed models, in this thesis we were able to propose a non-traditional sizing procedure for the simple 6T-SRAM cell, that unlike the traditional thin-cell design, transistor lengths are used as a design variable in order to reduce the static leakage. The single-P-well (SPW) structure in combination with reverse-body-biasing (RBB) technique were used to achieve a better balance between P-type and N-type transistors. As a result, we developed a 128 kB SRAM cache, whose post-layout simulations show that the circuit consumes an average energy per operation of 0.604 pJ/word-access (64 I/O bits) at supply voltage of 0.45 V and operation frequency of 40 MHz. The total chip area of the 128 kB SRAM cache is 0.060 mm2 .
Keywords: Engenharia elétrica
Circuitos de memória CMOS
Corrente de fuga
Subject CNPq: CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA ELETRICA
Program: Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica
Department : Instituto Alberto Luiz Coimbra de Pós-Graduação e Pesquisa de Engenharia
Publisher: Universidade Federal do Rio de Janeiro
Issue Date: Sep-2017
Publisher country: Brasil
Language: por
Right access: Acesso Aberto
Appears in Collections:Engenharia Elétrica

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