تحلیل و بهبود قابلیت اطمینان فلیپ فلاپ های پالس دار با در نظر گرفتن تغییرات ساخت و سالمندی ترانزیستورها

از جمله مهم‌ترین اجزای مدارهای رقمی با کارآیی بالا فلیپ‌فلاپ‏های پالس‏دار هستند. عملکرد نادرست این واحدها باعث کاهش قابلیت اطمینان این مدارهای پرکاربرد در عرصه صنعت می‌گردد. همراه با پیشرفت فناوری ساخت مدارهای مجتمع، انواع تغییرات اعم از تغییرات ناشی از فرآیند ساخت و تغییرات ناشی از سالمندی ترانزیستورها (به‌طور خاص ناپایداری دمایی ناشی از بایاس ) باعث افزایش نرخ خرابی در مدارهای رقمی شده و در نتیجه، منجر به کاهش قابلیت اطمینان این مدارها می‌گردد. در این مقاله، با استفاده از آزمایش‏های گسترده مونت کارلو و نرم افزار شبیه ساز hspice، قابلیت اطمینان چندین فلیپ‏فلاپ پالس‏دار با در نظر گرفتن اثرات تغییرات ساخت و تغییرات ناشی از سالمندی ترانزیستورها مورد بررسی قرار گرفته است. نتایج شبیه‏سازی‏ها نشان می‏دهد که قابلیت اطمینان این فلیپ‌فلاپ‌ها برای 30% تغییرات ساخت و پس از 6 سال در بهترین حالت به 0.50 و در بدترین حالت به 0.18 خواهد رسید. سپس، به منظور بهبود قابلیت اطمینان این فلیپ‏فلاپ‏ها، روش تخصیص ولتاژ آستانه دوگانه پیشنهاد شده است. به این ترتیب که پس از تحلیل‏های انجام شده، با تشخیص ترانزیستورهای حساس به تغییرات، به این ترانزیستورها ولتاژ آستانه بالاتر تخصیص داده می‌شود و به این صورت، قابلیت اطمینان آن‏ها را در برابر اثرات انواع تغییرات افزایش می‏دهیم. نتایج به دست آمده نشان می‏دهند که با اعمال این روش، در ازای تنها %8 سربار در توان نشتی، قابلیت اطمینان این فلیپ‌فلاپ‏ها به‌طور میانگین تا 40% بهبود داده می‏شود.