35045 - SISTEMI ELETTRONICI AD ALTA AFFIDABILITA' LS

Conoscenze e abilità da conseguire

Obiettivo del corso è quello di fornire agli studenti le conoscenze di base per l'analisi e la progettazione di circuiti e sistemi elettronici ad alta affidabilità.

Programma/Contenuti

Introduzione al collaudo di circuiti e sistemi elettronici digitali

• Definizioni e motivazioni
• Collocazione all'interno del processo di realizzazione di chip VLSI
• Resa del processo e costo di produzione di un circuito integrato
• Alcuni tipi di collaudo: Characterization Testing; Manufacturing Testing; Burn-In; Incoming Inspection

Principali meccanismi di guasto

• Elettromigrazione: descrizione fenomeno ed esempi; interconnessioni in rame ed affidabilità delle interconnessioni
• Degrado ossidi di gate: struttura molecolare, trappole, degrado e breakdown
• Scaling degli ossidi: scaling e leakage; scaling e mobilità
• Radiazioni e particelle alpha: descrizione fisica e possibile generazione di guasti
• Variazioni dei parametri elettrici: parametri transistori; parametri interconnessioni; temperatura
• Scaling delle interconnessioni e crosstalk
• Rumore sulle alimentazioni (IR drop noise, delta I noise)

Modelli di guasto

• Guasti di tipo stuck-at: principi di base sul collaudo nei confronti di guasti di tipo stuck-at
• Equivalenza di guasti e "Fault Collapsing"
• Teorema del "Checkpoint"
• Dominanza di guasti e "Fault Collapsing"
• Guasti di tipo stuck-open: possibile collaudo
• Guasti di tipo stuck-on: possibile collaudo
• Guasti di tipo bridging resistivo, delay, crosstalk e transitori: possibile collaudo

Automatic Test Pattern Generation (ATPG)

• Definizione
• Algebre per ATPG
• Algoritmi esaustivi
• Algoritmi random
• "Path Sensitization"
• Copertura di guasti ed efficienza del collaudo

Macchine automatiche di collaudo (ATE)

• Esempio di componenti e specifiche
• Costo del collaudo mediante ATE Diagnosi di guasti
• Definizione e motivazioni
• "Fault dictionary"
• "Diagnostic Tree"

Misure di testabilità

• Motivazioni ed utilizzo
• Controllabilità ed osservabilità
• Il "Sandia Controllability and Observability Analysis Program"

IDDQ Testing

• Idea di base
• Confronto con altre tecniche di collaudo (risultati delle analisi "Sematech")
• Guasti rilevati
• Problema definizione delle soglie dei chip guasti-corretti
• Built in current sensors (BICS)
• Limiti IDDQ testing
• Delta IDDQ Testing

Tecniche di progettazione orientata al collaudo (DFT)

• Introduzione
• Metodi ad-hoc e metodi strutturali
• Full-scan
• Partial scan
• Boundary scan
• Built-in-self-test (BIST)
• Built-in logic block observer (BILBO)

Tecniche di progettazione Fault Tolerant

• Introduzione: applicazioni, motivazioni)
• Ridondanza Modulare: strategie di base; realizzazioni e affidabilità del voter; guasti di modo comune; diagnosi dei moduli guasti)
• On-line testing e recovery: duplicazione e confronto; progettazione self-checking)
• Progettazione self-checking: proprietà circuiti self-checking; ipotesi di guasto; progetto di blocchi funzionali self-checking; progetto di checker; error indicators.)
• Codici a rivelazione d'errore (codici di Berger e relativi checker; codici di parità e relativi checker; codice two-rail e relativi checker; codice m-out-of-m e relativi checker))
• Recovery: rollback and retry; tecniche riconfigurazione)
• Codici a correzione d'errore: codici lineari di parità (codici di Hamming; codici di Hsiao); circuiti di codifica e decodifica)

Il corso comprende esercitazioni di laboratorio su: - simulazione elettrica di guasti di tipo bridging resistivo, crosstalk, e transitorio ed analisi dei loro effetti - progettazione di componenti base di sistemi per applicazioni ad alta affidabilità e loro realizzazione mediante Field Programmable Gate Arrays Il corso è completato da seminari tenuti da colleghi di ditte operanti nel settore.

Testi/Bibliografia

• J. Segura C. F. Hawkins, "CMOS Electronics: How It Works, How It Fails" IEEE Press Wiley, 2004
• M. L. Bushnell, V. D. Agrawal, "Essential of Electronic Testing", Kluwer Academic Publishers, 2000
• M. Abramovici, M. A. Bruer, A. D. Friedman, "Digital Systems Testing and Testable Design", Computer Science Press, 1990
• S. Mourad, Y. Zorian, "Principles of Testing Electronic Systems, Essential of Electronic Testing", Wiley, 2000
• N. K. Jha, S. Kundu, "Testing and Reliable Design of CMOS Circuits", Kluwer Academic Publishers, 1990
• P. K. Lala, "Self-Checking and Fault Tolerant Digital Design", Morgan Caufmann Publ, 2001

Metodi didattici

Durante le lezioni verranno discusse le problematiche generali connesse con l'analisi e la progettazione di circuiti e sistemi elettronici ad alta affidabilità. Il corso sara affiancato da esercitazioni di laboratorio. Le esercitazioni hanno lo scopo di fornire un utile supporto per la comprensione di alcuni dei temi trattati durante le lezioni teoriche svolte in aula.

Modalità di verifica dell'apprendimento

La prova di accertamento sarà orale e consisterà in una serie di domande che tenderanno ad accertare le conoscenze acquisite dallo studente riguardo le tematiche affrontate durante le lezioni e le esercitazioni.

Strumenti a supporto della didattica

Software per la simulazione a livello elettrico e la progettazione di circuiti elettronici.

Lingua di insegnamento

Italiano.

Orario di ricevimento

Martedi ore 12-13

Dipartimento di Elettronica, Informatica e Sistemistica - II piano

Viale Risorgimento n. 2, Bologna