Mixed-Signal CMOS Schaltungen

Die kontinuierlich wachsende Dichte von CMOS Schaltungen erlaubt die Integration immer komplexerer Funktionalitäten auf der gleichen Fläche, wovon insbesondere digitale, aber auch mixed-signal CMOS Schaltungen enorm profitieren. Einerseits kann dieser Umstand genutzt werden, um zusätzlich zu den funktionalen Ebenen auch Kontroll- und Steuerungsschaltungen einzuführen, die eine Rekonfiguration der Komponenten während der Laufzeit erlauben. Durch die Benutzung so eines flexiblen und generalisierten Ansatzes können viele einzelne Funktionalitäten in der gleichen Schaltung  implementiert werden und durch Wiederverwendung entsteht ein Mehrwert für das gesamte System.

Ein Nachteil der immer kleiner werdenden Technologiedimensionen stellt der proportional dazu steigende Anspruch an die Präzision und Kontrolle im Herstellungsprozess. Da diese aufgrund natürlicher Umstände bei kleineren Prozesstechnologien immer stärker limitiert sind, ergeben sich Abweichungen in integrierten Schaltungen, z.B. Breite, Länge und Dotierungsprofil von MOSFETs. Diese Abweichungen können im Bereich mehrerer µm vernachlässigt werden, ihr Einfluss steigt jedoch enorm im Bereich von weniger als 100nm.

Unsere Forschung mit Fokus auf Mixed-signal CMOS Schaltungen setzt sich aus zwei Themenbereichen zusammen. Der Bereich laufzeitrekonfigurierbarer Schaltungen befasst sich sowohl mit analogen als auch digitalen Schaltungen. Der Fokus liegt hierbei auf der intelligenten Wiederverwendung und geschickten Verdrahtung geeigneter Blöcke sowohl für Prototyperstellung als auch flexibler Implementierungen. Im Gegensatz zu applikationsspezifischen integrierten Schaltungen können unsere rekonfigurierbaren Systeme sich während des Einsatzes an veränderliche Bedingungen anpassen.

Der Fokus des zweiten Themenbereichs liegt auf der Ausnutzung prozessbedingter Abweichungen zur Implementierung sogenannter Physikalisch Unklonbarer Funktionen. Diese basieren auf dem Prinzip, dass durch die prozessbedingten Abweichungen ein eindeutiges und nicht reproduzierbares Verhalten speziell designter Schaltungen erzeugt werden kann. Dieses noch sehr junge Forschungsgebiet verspricht einen großen Nutzen für Hardware-kryptographische Systeme und hat in den letzten zwei Jahrzehnten immer stärker an Bedeutung gewonnen.