Built In Self Repair (BISR)

1. Definition: What is Built In Self Repair (BISR)?

Built In Self Repair (BISR) é uma técnica avançada utilizada em sistemas de VLSI (Very Large Scale Integration) para detectar e corrigir falhas que podem ocorrer em circuitos digitais. A sua principal função é aumentar a confiabilidade e a longevidade dos dispositivos semicondutores, permitindo que eles operem de maneira eficiente mesmo na presença de defeitos. O BISR é particularmente importante em aplicações críticas, como em dispositivos médicos, automotivos e em sistemas de telecomunicações, onde a falha de um único componente pode levar a consequências graves.

O funcionamento do BISR é baseado em um conjunto de algoritmos e circuitos que permitem a autoavaliação e a auto-correção de circuitos durante a operação. A técnica normalmente envolve a implementação de redundâncias, onde circuitos adicionais são incorporados para substituir componentes defeituosos. Além disso, o BISR pode ser projetado para operar em tempo real, o que significa que ele pode identificar e corrigir falhas enquanto o dispositivo ainda está em funcionamento, minimizando assim o tempo de inatividade.

A importância do BISR no design de circuitos digitais reside na sua capacidade de reduzir os custos associados à manutenção e substituição de hardware. Em vez de exigir intervenções manuais para reparar ou substituir componentes defeituosos, o BISR permite que o sistema se auto-repare, resultando em maior eficiência operacional e redução de custos a longo prazo. Além disso, com o aumento da complexidade dos circuitos e a miniaturização dos componentes, a probabilidade de falhas aumenta, tornando o BISR uma solução necessária para a confiabilidade em sistemas modernos.

2. Components and Operating Principles

Os principais componentes do Built In Self Repair (BISR) incluem unidades de teste, circuitos de redundância, e mecanismos de controle e diagnóstico. Cada um desses componentes desempenha um papel crucial na detecção e correção de falhas.

2.1 Unidades de Teste

As unidades de teste são responsáveis por realizar diagnósticos nos circuitos. Elas executam uma série de testes que avaliam a integridade do circuito, identificando componentes que não estão funcionando conforme o esperado. Esses testes podem incluir a análise de Timing, a verificação de Circuit Behavior e a execução de simulações dinâmicas para avaliar o desempenho sob diferentes condições operacionais.

2.2 Circuitos de Redundância

Os circuitos de redundância são projetados para substituir componentes defeituosos. Isso é feito através de uma abordagem de mapeamento, onde os circuitos redundantes são ativados automaticamente quando uma falha é detectada. A implementação de circuitos de redundância pode ser feita de diversas maneiras, incluindo a duplicação de caminhos críticos ou a utilização de técnicas de reconfiguração para redirecionar sinais através de componentes funcionais.

2.3 Mecanismos de Controle e Diagnóstico

Os mecanismos de controle e diagnóstico são essenciais para a operação do BISR. Eles monitoram continuamente o desempenho do circuito e gerenciam a ativação dos circuitos de redundância quando necessário. Esses mecanismos utilizam algoritmos complexos para analisar os dados coletados pelas unidades de teste e determinar a melhor maneira de corrigir falhas. A interação entre esses componentes é fundamental para garantir que o sistema possa se auto-reparar de forma eficiente e em tempo real.

A implementação do BISR pode variar dependendo da aplicação e dos requisitos específicos do sistema. Em muitos casos, o design do BISR é integrado diretamente no processo de fabricação do circuito, o que permite uma maior eficiência e eficácia na detecção e correção de falhas.

O Built In Self Repair (BISR) é frequentemente comparado a outras tecnologias de teste e diagnóstico, como o Built In Self Test (BIST) e o Redundant Circuit Design. Embora essas tecnologias compartilhem algumas semelhanças, elas possuem características distintas que as tornam adequadas para diferentes aplicações.

3.1 Built In Self Test (BIST)

O BIST é uma técnica que permite que um circuito execute testes em si mesmo para verificar sua funcionalidade. Enquanto o BISR se concentra na correção de falhas após a sua detecção, o BIST é mais voltado para a identificação de falhas. O BIST pode ser visto como uma etapa anterior ao BISR, onde a detecção é realizada antes que a correção seja necessária. Essa distinção é importante, pois um sistema pode implementar o BIST sem necessariamente ter um mecanismo de BISR, mas a combinação das duas técnicas resulta em uma solução robusta para a confiabilidade do circuito.

3.2 Redundant Circuit Design

O design de circuitos redundantes é uma técnica que envolve a duplicação de componentes críticos para garantir que, se um falhar, outro possa assumir sua função. Embora essa abordagem possa ser eficaz, ela pode aumentar significativamente o custo e a complexidade do design do circuito. Em contraste, o BISR oferece uma solução mais flexível e adaptativa, permitindo que o sistema se auto-repare em vez de simplesmente depender de componentes redundantes. Isso não só reduz os custos, mas também melhora a eficiência do espaço em chip, já que menos componentes são necessários.

3.3 Exemplos do Mundo Real

Na indústria de semicondutores, empresas como Intel e Texas Instruments têm implementado BISR em seus produtos para garantir uma maior confiabilidade em seus circuitos integrados. Por exemplo, em processadores de última geração, o BISR é utilizado para manter a operação mesmo na presença de falhas em transistores individuais, permitindo que o chip funcione em níveis de desempenho ideais. Outro exemplo é em sistemas de telecomunicações, onde a confiabilidade é crucial para a operação contínua de redes e serviços.

4. References

IEEE (Institute of Electrical and Electronics Engineers)
ACM (Association for Computing Machinery)
Sematech
International Society for Optics and Photonics (SPIE)

5. One-line Summary

Built In Self Repair (BISR) é uma técnica que permite a autoavaliação e a auto-correção de falhas em circuitos digitais, aumentando a confiabilidade e a eficiência dos sistemas VLSI.