Máster Universitario en Microelectrónica: Diseño y Aplicaciones de Sistemas Micro/Nanométricos

URI permanente para esta colecciónhttps://hdl.handle.net/11441/67934

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Optimization and Reliability Enhancement of Silicon PUFs Using Pairwise Element Comparisons
(2025-06-09) Santos Prieto, Fernando de los; Castro López, R.; Fernández, F. V.; Electrónica y Electromagnetismo
Physical Unclonable Functions (PUFs) have emerged as a promising solution for ensuring security and data protection in low-cost, resource-constrained devices. By generating secure cryptographic keys on the fly, PUFs can outperform traditional approaches that rely on non-volatile memories (NVM), offering enhanced security without the need for permanent key storage. Their operation relies on the inherent variability of the manufacturing processes of devices and materials, leveraging the uniqueness and unpredictability introduced during fabrication. Importantly, a PUF is expected to be reliable, meaning that its response bits should remain consistent each time the corresponding challenges are queried. Unfortunately, the stability of these challenge-response pairs (CRPs) can be seriously eroded due to several factors. For instance, traditional silicon PUFs, such as the SRAM and the Ring-Oscilaltor (RO) PUFs, are widely adopted but are known to suffer from reliability concerns that include susceptibility to temperature and supply voltage fluctuations, as well as long-term degradation due to circuit aging. Therefore, the need for more reliable PUFs in the face of these challenges is one of the driving forces behind ongoing innovation in silicon PUFs. On the other hand, silicon is not the only technology that could benefit from embedding reliable hardware security primitives within devices. Organic technologies are increasingly being adopted in applications that leverage their inherent flexibility and low fabrication costs. Most of these applications (such as sensors or wearables) can handle sensitive data acquired from the environment or the user, making security and data integrity essential requirements. PUFs developed using such technologies can provide a lightweight and efficient solution to ensure data protection and device-level security. However, integrating these security modules poses significant challenges, as additional reliability concerns emerge in the context of organic technologies. Several approaches, including pre-processing and post-processing methods, have been proposed to obtain a reliable PUF operation in the face of the reliability concerns mentioned above. For instance, regarding silicon PUFs, a new kind of aging-resilient devices the leverage charge trapping in the gate oxide of the transistors have been reported. Although this type of PUF preserves its reliability well when aged, it is not immune to the impact of other concerns, such as temperature variations. Similarly, as organic thin-film transistors (OTFTs) mature, the realization of PUFs using these devices is becoming increasingly feasible. However, further efforts are still required to fully understand their variability and to address the associated reliability challenges. The work presented here demonstrates that the reliability of both silicon-based and beyond-CMOS PUFs can be significantly improved. In particular, two novel techniques are proposed: (a) an optimization based algorithm applicable to any PUF that relies on pairwise comparisons; and (b) a temperature-aware parameter tuning method designed to compensate for temperature-induced unreliability in PUFs based on charge trapping.
Aplicación de sistemas neuromórficos con aprendizaje profundo para sistemas de comunicación basados en radio cognitiva
(2020) Zúñiga González, Virginia; Rosa Utrera, José Manuel de la; Camuñas Mesa, Luis Alejandro; Electrónica y Electromagnetismo
Una de las principales limitaciones para la implantación práctica de dispositivos IoT (Internet Of Things) se encuentra en la banda del espectro electromagnético empleado para comunicaciones, el cual ha de ser compartido entre un número creciente de dispositivos que procesan una gran cantidad de información. La tecnología denominada Radio Cognitiva (RC) permite hacer un uso más e ciente del espectro electromagnético, modificando de forma dinámica los parámetros de transmisión y recepción de los dispositivos en función de la información sensada del entorno en términos de interferencias, ocupación de la banda, nivel de la batería, etc. Este trabajo explora el concepto de un sistema de radio cognitiva con perspectiva a poder ser implementable con técnicas de digitalización altamente programables y adaptativas usando un Software Dened Radio (SDR), junto con un procesamiento de la información asistido mediante técnicas de aprendizaje automático basados en procesamiento neuromórfico. Es decir, esta Inteligencia Artificial (IA) va a enfocarse en una de las tecnologías clave de hoy en día conocida como aprendizaje profundo o en inglés Deep Learning (DP) que, a su vez, presenta diferentes estructuras lógicas o redes neuronales que se asemejan a la organización del sistema nervioso de los mamíferos. En concreto se usa la red Long Short-Term Memory (LSTM) para la predicción en series temporales del nivel de ocupación para distintos anchos de banda del espectro electromagnético. El concepto del sistema radio cognitivo es implementado mediante una red LSTM con la que se obtiene una predicción futura de las ondas electromagnéticas y que haciendo uso de esta información, se podrá decidir que ancho de banda es el más adecuado modificando los parámetros necesarios de un filtro analógico/RF paso de banda.
Cyber-Physycal Systems for Remote Animal Monitoring
(2020) Lozano Pons, Carmen; Fernández Berni, Jorge; Río Fernández, Rocío del; Electrónica y Electromagnetismo
Análisis de técnicas de routing diferencial en CriptoASICs: Adecuación del proceso previo de Place & Route
(2020) Guijarro Córdoba, Adrián; Acosta Jiménez, Antonio José; Tena Sánchez, Erica; Electrónica y Electromagnetismo
Diseño de un sensor de imagen asíncrono autoalimentado mediante captación de energía solar
(2020) Gómez Merchán, Rubén; Leñero Bardallo, Juan Antonio; Rodríguez Vázquez, Ángel Benito; Electrónica y Electromagnetismo
En este Trabajo de Fin de Máster se ha diseñado un sensor asíncrono con una arquitectura del tipo Time-to-First-Spike (TFS), cuyos píxeles son capaces tanto de absorber energía como de sensar iluminación siendo alimentados a los niveles de tensión generados por una unión PN iluminada (entre 250 mV y 500 mV), funcionando de manera autosuficiente gracias a que recolectan la energía en una capacidad externa. El sensor completo ha sido implementado a nivel de layout y ha sido enviado a fabricar. Los píxeles explotan las ventajas de la arquitectura asíncrona del sensor para conmutar los fotodiodos correspondientes de los píxeles ya leídos (los más iluminados) a la región fotovoltaica, de manera que contribuyan a la alimentación durante la operación. El principal reto encontrando a la hora del diseño, fue lograr que el píxel fuese capaz de funcionar a niveles tan bajos de tensión con un consumo reducido, sin penalizar excesivamente el área. Para ello, se realizó el estudio detallado de un comparador trabajando en inversión débil, único elemento analógico presente en el píxel. Posteriormente, se presentaron los bloques que componen la periferia: Un árbol de arbitradores y lógica de selección para implementar el protocolo Address Event Representation (AER) y dos registros de desplazamiento para poder seleccionar una Región de Interés (ROI) a la hora de sensar imagen, mientras que el resto de píxeles contribuyen a la alimentación. Por último, se realizaron las simulaciones eléctricas que se consideraron adecuadas para verificar el funcionamiento del sensor bajo tres escenarios distintos, además de realizar una estimación tentativa de la imagen que podría obtenerse tras modelar el comportamiento del píxel con herramientas de cálculo numérico. Se realizó una breve caracterización de los parámetros más representativos del sensor, obteniendo un Fixed-Pattern Noise (FPN) de aproximadamente entre el 4 % y el 10 %, en función del número de colisiones.
Sistema de seguimiento tridimensional basado en un array de sensores de flujo óptico implementados con cámaras de baja resolución
(2020) Rosa Vidal, Rafael de la; Leñero Bardallo, Juan Antonio; Electrónica y Electromagnetismo
En este Trabajo Fin de Máster se ha diseñado, implementado y testado un sistema de seguimiento tridimensional basado en un array de sensores de Flujo Óptico procesando imágenes captadas con cámaras de baja resolución. Se trata de un proyecto multidisciplinar en el que se han abarcado tareas de diseñpo mecánico, diseño hardware, desarrollo firmware y software. El objetivo global del proyecto ha sido construir una plataforma móvil que permite posicionar arrays de sensores de imagen para seguir objetos móviles mediante el cómputo del Flujo Óptico minimizando el coste computacional. El sistema de seguimiento debe ser versátil y poderse adaptar a otros algoritmos y tipos de sensores. La elección de cámaras de baja resolución para el diseño de los sensores de Flujo Óptico permite aliviar los requisitos computacionales para su procesamiento, siendo la información contenida en las imágenes suficiente para tal fin. Por otro lado, el algoritmo utilizado presenta un menor grado de requisitos computacionales en comparación con el estado del arte. La implementación de todo el firmware desarrollado se ha orientado al aumento del rendimiento del sistema, para ello se ejecutan estrategias que eliminan los tiempos de holgura entre la adquisición de los datos y su procesamiento. Se consigue alcanzar una tasa de adquisición más procesamiento de 5 FPS para cada sensor del sistema, lo que para un total de dos sensores equivale a 10 FPS. La metodología del proyecto ha sido la siguiente: se parte del diseño de una PCB y puesta en marcha de los algoritmos de Flujo Óptico con orientación al rendimiento computacional. Luego se hace el diseño mecánico y modelado 3D de todos los elementos del sistema, dando lugar a un modelo virtual 3D del sistema completo. Se fabrican las piezas necesarias para la fabricación de la plataforma y, finalmente, se llevan a cabo tareas de configuración y control automático. Con el fin de alcanzar la función de seguimiento deseada, se diseña una interfaz de usuario que permite modificar el comportamiento de la plataforma, as´ı como la monitorización de todos los datos generados por esta. A partir de estos datos, se confecciona una ley de control que vincula el valor de Flujo Óptico devuelto por los módulos EyesOF con el valor de las señales de control de posición de la plataforma. El sistema implementado es una plataforma robótica versátil útil para implementar y testar algoritmos de seguimiento que requieran el posicionamiento de cámaras. Puede usarse con sensores y algoritmos de distinta naturaleza a los presentados en el proyecto para resolver problemas diversos que abarquen el posicionamiento y el seguimiento de trayectorias
Study of the impact of lithography techniques and the current fabrication processes on the design rules of tridimensional fabrication technologies
(2019-06-26) Gaitero Pérez, Miguel; Leñero Bardallo, Juan Antonio; Electrónica y Electromagnetismo
Working for the photolithography tool manufacturer leader sometimes gives me the impression of how complex and specific is the sector I am working on. This master thesis topic came with the goal of getting the overall picture of the state-of-the-art: stepping out and trying to get a helicopter view usually helps to understand where a process is in the productive chain, or what other firms and markets are doing to continue improving

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