Estudo sobre os efeitos do Random Telegraph Noise em uma célula de memória SRAM 6T

Abstract

O Random Telegraph Noise (RTN) causa variações no funcionamento de circuitos eletrônicos e tem sido cada vez mais expressivo em novas tecnologias. Assim, circuitos que visam um grande desempenho, uma menor área e um menor consumo de energia são os mais afetados. Um dos mais relevantes é a célula de memória SRAM. Por esse motivo, este trabalho visa desenvolver um estudo sobre os efeitos do RTN nesse importante circuito. Para isso, primeiramente foram computadas simulações mais simples, simulando os efeitos do ruído causando uma variação de tensão de limiar constante em grupos de transistores, com objetivo de demonstrar como o impacto do RTN nas tensões de threshold age para causar erros nas operações de uma célula de memória SRAM 6T. Depois, foram computadas análises de Monte Carlo. A primeira visa o estudo sobre as constantes de tempo do RTN. A segunda, uma análise sobre a dependência do número de erros causados na célula de memória em função de alguns dos principais parâmetros do Random Telegraph Noise: o impacto na tensão de limiar dos transistores e suas constantes de tempo. As simulações foram realizadas por meio do software NGSpice 2.4 e uma extensão a ele, desenvolvida no Laboratório de Prototipação e Testes (Laprot) da Universidade Federal do Rio Grande do Sul. Com os dados coletados foi possível a compreensão sobre as falhas causadas pelo RTN, a origem e a relevância.

Random Telegraph Noise (RTN) causes variations in the functioning of integrated circuits and has been increasingly important in new technologies. Thus, circuits that aim at high performance, small area and lower power consumption are the most affected. One of the most relevant circuits is the SRAM memory cell. For this reason, this work aims to develop a study of the effects of RTN in this important circuit. For this, first, basic simulations were realized simulating the effects of the noise causing a constant threshold voltage variation in transistor groups in order to demonstrate how the impact of RTN on the threshold voltage acts to cause errors in the operations of a 6T SRAM memory cell. Then, Monte Carlo runs were performed. The first aims to study the RTN time constants. The second aims to analyze the dependence between the number of errors caused in the memory cell as a function of some of the main Random Telegraph Noise parameters: the impact on the threshold voltage on a single trap and their time constants. The simulations were performed using the NGSpice 2.4 software and an extension to it, developed at Laboratório de Prototipação e Testes (Laprot) of the Federal University of Rio Grande do Sul. With the collected data it was possible to understand the errors caused by the RTN, their causes and their relevance.