Modelagem e caracterização da propagação de pulsos transientes causados por radiação ionizante

Abstract

A propagação de eventos transientes na lógica combinacional é estudada através da simulação elétrica do circuito, utilizando-se o simulador Hspice. Uma das fontes de falhas transientes é o pulso transiente causado por partículas ionizantes que atingem o circuito. O estudo é centrado nas propriedades de mascaramento elétrico das portas lógicas. Estuda-se a propagação do pulso transiente através de cada estágio da lógica até que alcance um elemento da memória. A partir do estudo das propriedades de mascaramento elétrico, propõe-se um modelo simples para a degradação e ampliação de um pulso transiente enquanto este é propagado através de uma cadeia de portas lógicas. O modelo considera as propriedades elétricas das portas, utilizando como parâmetro principal da modelagem o tempo de propagação (atraso) da porta lógica. O modelo é computacionalmente eficiente e adequado para implementação em ferramentas de auxilio de projeto automatizadas, como ferramentas de timing analysis. A ferramenta timing analysis poderia então executar um algoritmo para percorrer todos os nós de um circuito, determinando os nós mais sensíveis, ajudando a estimar e reduzir a taxa de falhas transientes do circuito. Visando no futuro, testar o modelo e o comportamento de circuitos combinacional sobre efeito de partículas radioativas, foram estudadas algumas arquiteturas existentes capazes de medir a largura dos pulsos transientes nos circuitos combinacionais on-chip, para compararmos com o modelo analítico proposto e os comportamentos elétricos obtidos através de simulação Hspice.

Single Event Transients in Combinatorial Logic are studied using spice-level circuit simulation. The study is centered on the electrical masking properties of the gates. The propagation of the transient through each stage of logic until it reaches a memory element is characterized. Both duration and amplitude of the transient pulse are attenuated as it propagates through the logic gates. A simple, first order model for the degradation of a transient pulse as it is propagated through a chain of logic gates is proposed. The model considers the electrical properties of the logic gates through which the pulse propagates. The model is computationally efficient and intended to be implemented in a timing analysis tool. The timing analysis tool could then implement an algorithm to traverse all circuit nodes, determining the most sensitive nodes, helping to estimate and reduce the soft error failure rate of the whole circuit. Aiming at the future, test the model and the behavior of combinatorial circuits effect on radioactive particles, was studied some existing architectures capable of measuring the width of transient pulses in combinatorial circuits on-chip, to compare with the proposed analytical model and the electrical behaviors obtained by Hspice simulation.