Базовые матричные кристаллы реферат

Обновлено: 05.07.2024

Развитие технологии и схемотехники СБИС сопряжено как с ростом степени интеграции и объемов производства, так и с повышением стоимости разработок, а также стоимости обработки одного бита информации. До появления САПР противоречия в этих тенденциях решались путем создания строго специализированных БИС, нацеленных на выполнение определенных функций. В настоящее время широко применяется другой подход, основывающийся на достоинствах программного и аппаратного подходов: программное начало закладывается в архитектуру и алгоритмы обработки, аппаратная – в параметры и архитектуру БИС. Такие БИС получили название базовых матричных кристаллов (БМК). Они сняли с повестки дня ряд проблем, характерных для развития микроэлектроники. Например, увеличение сложности микросхемы делает ее более специализированной, уменьшает гибкость ее применения. БМК же позволяют гибко использовать архитектуру БИС под конкретную задачу.

При производстве БМК реализуется идея, высказанная еще в 80-х годах Гордоном Муром из фирмы Intel и заключающаяся в создании "кремниевых мастерских". В соответствии с этой идеей проектирование осуществляет потребитель, а изготавливается БИС в "кремниевой мастерской". Такой подход позволяет снизить стоимость производства, создать многофункциональные схемы их типовых ячеек, решить проблему оптимизации числа внешних выводов схемы, использовать ранее разработанные и многократно используемые конструктивные схемотехнические решения.

Специализированные БИС придают изделиям уникальные свойства, решают конкретные целевые функции.

На рис. 3.29 приведена классификация специализированных БИС по способу проектирования.


Рис. 3.29. Классификация специализированных БИС

Полузаказная интегральная схема представляет собой класс интегральных схем, имеющих постоянную и переменную части. Постоянная часть представляет собой заранее спроектированную схему. Переменная часть интегральной схемы определяется требованиями заказчика. К этим типам ИС относятся БМК и ПЛИС.

Заказная интегральная схема представляет собой класс интегральных схем, содержащих стандартные или специально созданные элементы или узлы по заранее заданной функциональной схеме.

Существуют два способа изготовления заказных ИС: на основе стандартных элементов или полностью заказные. Стандартные элементы выбираются из заранее спроектированной библиотеки элементов.

Функциональная схема вычислительных структур и систем требует использования сложных СБИС, проектирование которых не всегда экономически оправданно. Зачастую "приспосабливают" готовую схему в нужную СБИС. Это сопряжено с риском неточной адаптации схемы. Когда речь идет о цифровых схемах, то такая проблема может быть решена с помощью программируемых пользователем логических интегральных схем (ПЛИС). Технология изготовления ПЛИС позволяет обеспечить высокую степень интеграции (105 – 106 элементов/кристалл), высокое быстродействие (108оп/с), возможность реализации в одном корпусе комбинационных И / ИЛИ или последова­тельных схем. К первому поколению ПЛИС относятся два типа структур: вентильные матрицы и программируемые логические матрицы.

Базовые матричные кристаллы состоят из нескольких основных элементов, расположенных на кристалле в зависимости от его конструктивно-технологического исполнения (рис. 3.30).


Рис. 3.30. Фрагмент структурной схемы базового матричного кристалла; 1 – периферийные ячейки и контактные площадки; 2 – базовые ячейки; 3 – вертикальные трассы в первом слое металлизации; 4 – горизонтальные трассы во втором слое металлизации

Матрица базовых ячеек занимает основную площадку кристалла и состоит из отдельных ячеек, выполняющих определенные функции. Различают конструктивно однородную матрицу, состоящую из функционально-однородных или неоднородных ячеек. Неоднородная матрица имеет ячейки либо фиксированные по определенной координате, либо имеющие неодинаковые размеры. Базовые ячейки представляют собой определенные конструктивно-технологические варианты логических ячеек, ячеек памяти и т.п. Базовые ячейки группируются в макроячейки в виде группы из четырех симметрично расположенных ячеек либо в линейку ячеек. Выбор конфигурации оптимален в том случае, если все выводы сосредоточиваются на границах. Большинство выводов ячеек имеют эквипотенциальные пары на противоположных сторонах ячейки, что существенно облегчает последующую трассировку. В матрице могут быть размещены специальные буферные ячейки, микроячейки, реализующие типовые функциональные узлы, например, запоминающие устройства, регистры, аналоговые блоки и т.п.

Многослойная система металлических проводников, соединяющая базовые ячейки в соответствующие функциональные структуры и подключающая их к шинам электрического питания, носит названия трасс, которые располагаются на нескольких уровнях. Вертикальные трассы располагаются в первом слое металлизации, горизонтальные – во втором. В ряде разработок трассировка производится и в большем числе слоев.

Трассы межсоединений могут различаться емкостью каналов, а также конструктивным исполнением. Помимо алюминиевых тонкопленочных шин, используются поликремниевые шины. В конструкциях БМК на МОП-транзисторах с молибденовыми затворами используются молибденовые шины. Наиболее низкоомные электрические соединения формируют в наружном слое.

Необходимые электрические контакты между шинами различных технологических слоев осуществляются в местах пересечения вертикальных и горизонтальных отрезков трасс. Подключение источника питания к ячейкам матрицы может быть как индивидуальным, так и групповым.

Вспомогательные схемы (схемы обрамления) и контактные площадки, расположенные по периферии кристалла, представляют собой схемы контроля и диагностики, источники опорного напряжения, трансляторы уровней и т.п. Все схемы связаны с контактными площадками и через них осуществляется ввод-вывод информации.

Элементной базой БМК служат различные варианты логических схем, ячеек памяти, расположенных в одном или двух ярусах. Существует большое число конструктивно-технологических решений схем базовых ячеек (рис. 3.31).


Рис. 3.31. Примеры наборов элементов для базовых ячеек на МОП-транзисторах (а), ТТЛ логике (б) и ЭСЛ логике (в)

Процесс развития технологии изготовления микросхем стимулировал работы по объединению в одном кристалле биполярных и МОП-транзисторных структур. Это направление получило название БиМОП-технологии, а при использовании комплементарных транзисторов – БиКМОП-технологии.

Главным достоинством этих приборов микроэлектроники является соединение воедино преимуществ МОП и биполярных транзисторных структур. Действительно, высокая плотность интеграции, низкая рассеиваемая мощность, высокая помехоустойчивость, характерные для МОП-структур, сочетаются с хорошей выходной нагрузочной способностью и высоким быстродействием биполярных структур.

Концепция построения базовой ячейки вентиля на БиКМОП-структурах основана на дополнении к стандартному КМОП-вентилю усилителя формирователя тока на биполярных транзисторах (рис. 3.32). Аналогично можно сформировать БиКМОП-инвертор. На основе таких элементов формируют схемы вентилей, применяемых в матричных кристаллах. В БиКМОП снижение тока стока МОП-транзисторов может быть компенсировано улучшением коэффициента усиления биполярных транзисторов.


Рис. 3.32. Вариант БиМОП-технологии для БМК

Таким образом, основой для всех базовых ячеек являются вентили различных конструкций. Говорят о море вентилей в БМК.

Достоинства вентильных матриц состоят в следующем: конкретная схема может реализоваться при небольшом числе технологических операций, регулярность структуры позволяет потребителю быстро разработать свою конкретную подсистему с высокой вероятностью функционирования (95%). Таким образом, вентильные матрицы представляют собой некоторые полуфабрикаты изделий микроэлектроники, на которые нужно нанести разводку по требованию заказчика.

Программируемые логические матрицы представляют собой готовые изделия, конструктивно содержащие две вентильные матрицы, например, матрицу элементов типа И и матрицу элементов типа ИЛИ, все узловые точки которых соединены диодами. В ходе программирования по заданию заказчика каждое такое соединение либо размыкается, либо остается без изменения. Итогом ком­мутации является нужная логическая структура типа И / ИЛИ. ПЛМ позволяет получить заданную комбинаторную булеву логику.

Программируемые логические матрицы выпускаются как стандартные изделия, не требующие дополнительных затрат времени и средств на специализацию. В этом случае длительность цикла разработки БИС сводится к минимуму. Программируемые логические матрицы удобны для малосерийных системных изделий.

Проектирование схем на стандартных элементах заключается в подборе оптимизированных функциональных блоков или стандартных ячеек, их размещении и коммутации. Процесс изготовления схем на стандартных элементах идентичен процессу изготовления схем, проектируемых вручную. Стандартные ячейки выполняются в виде аналоговых соответствующих устройств малой и средней степени интеграции. Это могут быть арифметическо-логические устройства, регистры и т.п., называемые иногда макроэлементами.

Можно интегрировать стандартный БИС. В этом случае на одном кристалле можно разместить систему на основе микропроцессора. Такой метод получил название метода процессорного ядра или метода суперинтеграции.

Второе поколение ПЛИС более сложно с точки зрения архитектуры и технологии изготовления.

Микросхемы, относящиеся к заказным, могут разрабатываться также по ячеечному принципу. Ячеечные микросхемы представляют собой своеобразный гибрид из стандартных ячеек, который конструируется одновременно с разработкой микросхемы.

С точки зрения экономики производства этот тип БМК занимает промежуточное положение между полностью заказными схемами и схемами на стандартных ячейках. Иногда отождествляется проектирование микросхем на стандартных ячейках и ячеечное проектирование, а соответствующие микросхемы называют ячеечными.


В 14 раз выросло количество россиян на MediaTek Labs ? проекте по созданию устройств "интернета вещей" и "носимых гаджетов"


Новое поколение Джобсов или как MediaTek создал свой маленький "Кикстартер"

Амбициозная цель компании MediaTek - сформировать сообщество разработчиков гаджетов из специалистов по всему миру и помочь им реализовать свои идеи в готовые прототипы. Уже сейчас для этого есть все возможности, от мини-сообществ, в которых можно посмотреть чужие проекты до прямых контактов с настоящими производителями электроники. Начать проектировать гаджеты может любой талантливый разработчик - порог входа очень низкий.


Семинар и тренинг "ФеST-TIваль инноваций: MAXIMум решений!" (14-15.10.2013, Новосибирск)

Компания Компэл, приглашает вас принять участие в семинаре и тренинге ?ФеST-TIваль инноваций: MAXIMум решений. который пройдет 14 и 15 октября в Новосибирске.

Популярные материалы

Комментарии

люди куплю транзистар кт 827А 0688759652

как молоды мы были и как быстро пробежали годы кулотино самое счастливое мое время

Светодиод - это диод который излучает свет. А если диод имеет ИК излучение, то это ИК диод, а не "ИК светодиод" и "Светодиод инфракрасный", как указано на сайте.

Подскажите 2т963а-2 гарантийный срок

Б. Симонов, Б. Малашевич

Базовые матричные кристаллы

  • когда требуется быстро разработать и начать производство изделия;
  • когда объем производства изделия относительно невысок, а подходящих БИС среди выпускаемых нет;
  • при создании специфичной аппаратуры с оригинальной схемотехникой;
  • при переработке ранее созданной аппаратуры на новую элементную базу;
  • при желании заказчика самостоятельно разработать БИС с целью, например, скрыть свое "know-how".

Во всех этих и многих подобных случаях возникают противоречивые требования: обеспечение высокой степени интеграции БИС с быстротой создания и относительно низкими объемами производства, экономически нерентабельными для разработки заказных БИС (под заказной понима-ется микросхема, проектирование и производство которой происходит по индивидуальному полному технологическому циклу, направленному на создание именно этой БИС. К заказным относятся микропроцессоры, микроконтроллеры, периферийные и масса других БИС, поставляемых как стандартные изделия).

  • разработка и изготовление БМК, то есть стандартной заготовки, из которой впоследствии можно сделать разнообразные микросхемы. В каждом БМК имеется определенный набор нескоммутированных ячеек. Изготовление таких БМК производится по стандартной технологии массового производства БИС. На основе БМК изготавливаются тестовые микросхемы, которые подвергаются всем видам аттестационных испытаний. На БМК выпускаются групповые технические условия (ТУ). Таким образом, все наиболее дорого-стоящие и длительные процедуры проектирования, производства и аттестации БИС выполняются на этапе создания БМК;
  • для создания полузаказной БИС выбирается соответствующий БМК (заготовка). Проектирование заключается в разработке топологии 12 верхних слоев металлизации кристалла (определяется электрической схемой устройства и по назначению эквивалентна топологии печатной платы), а производство в нанесении этих слоев на ранее изготовленные типовые заготовки. Карта заказа, по которой производится разработка и изготовление полузаказной БИС, одновременно является и приложением к групповым ТУ, аттестационных испытаний проводить не требуется.

Таким образом, БМК сочетают в себе высокую интеграцию заказных БИС и гибкость в проектировании аппаратуры на основе ИС стандартной логики низкой и средней интеграции. При этом значительно сокращаются сроки и затраты на создание новой БИС. Незначительное увеличение стоимости в производстве полузаказной БИС, по сравнению с аналогичной по сложности заказной, обманчиво, так как заказная БИС при объемах производства, соответствующих объемам производства полузаказных, на самом деле будет намного дороже: заказные БИС дешевы благодаря их массовому производству.

Базовые матричные кристаллы

На рынке интегральных схем представлен ряд БМК ОАО "Ангстрем", более доступных отечественному потребителю и по цене, и по возможности оперативного взаимодействия с производителем (по сравнению с ИС зарубежных изготовителей) и защищенных от капризов международной политической конъюнктуры.

Таблица 1. Краткие характеристики БМК

Изделие Ячеек Библиотека Частота, МГц; задержка, нс/вент Корпус
H1806XM1
OCMH1806XM1		 1500 125 6; 8,0 H14.42
KA1515XM1 3200 25 10; 5,0 4223.64
H1515XM1
OCMH1515XM1		 4223.64
H1593XM1
KH1593XM1		 3200 70 35; 1,5 H18.64-1B
KA1593XM1 4223.64
159XM2
H1593XM2
KH1593XM2		 6400 70 35; 1,5 4229.132-3
H18.64-1B
H1537XM1 4500 51 30; 2,2 H18.64-1B
1537XM2 17600 51 30; 2,2 4229.132-3
1592XM1 100000 230 50; 1,0 4229/132-3

Задача создания полузаказной БИС на основе БМК заключается в разработке и верификации топологии верхних слоев металлизации кристалла, соединяющей библиотечные ячейки БМК в соответствии с электрической схемой заказчика. Причем заказчик имеет возможность выбора степени своего участия в разработке: от формирования только технического задания на создание БИС до полностью самостоятельной ее разработки.

Рис. 1. Типовой маршрут проектирования

  • на основе библиотеки стандартных элементов БМК. Заказчик самостоятельно проектирует схему ИС в базисе библиотеки, получив от Изготовителя всю необходимую информацию;
  • на основе поведенческого проекта. Заказчик самостоятельно разрабатывает проект на поведенческом уровне в языках VHDL и VerilogHDL. Изготовитель переводит этот проект в базис библиотеки БМК;
  • на основе проекта, выполненного на ПЛИС типов XILINX, ACTEL и ALTERA. Изготовитель производит автоматизированный перевод проектов в базис библиотеки БМК;
  • на основе электрической схемы, выполненной в любой библиотеке элементов. Изготовитель производит автоматизированный перевод проектов в базис библиотеки БМК;
  • на основе технического задания. Заказчик формулирует техническое задание на полузаказную ИС. Изготовитель производит ее проектирование в базисе библиотеки БМК.

В зависимости от типа БМК, на полный цикл "карта заказа поставка первой партии" требуется от полутора до трех месяцев.

Производители электронной аппаратуры, построенной с применением программируемых логических интегральных схем (ПЛИС) имеют возможность их замены на полузаказные БИС на основе БМК, получив при этом, в ряде случаев, заметный экономический эффект и увеличив плотность компоновки аппаратуры. Для обеспечения такой переработки Ангстрем разработал пакет программ, позволяющий производить автоматизированный перевод проектов, выполненных на указанных ниже ПЛИС в базис библиотеки БМК.

Таблица 2. Поддерживаемые ПЛИС

ПЛИС Поддерживаемые библиотеки Формат описания проекта Формат описания текстов
XILINX - Foundation Series Base PC XC2000, XC3000, XC4000, XC4000E XNF, программа LCA2XNF, ver. 5.2.1 TVS
ACTEL - Actel Designer на платформах Codence, Synopsys, VievLogic Библиотеки VievLogic: ACT2, 1200XL, ACT3, ACT3200DX Edit 2.0 версия программы VievLogic's edifnet (ver. 5.00) CMD или GEN
ALTERA - MAX+plusII Ver.6.2 с применением языка VHDL FLEX8000, FLEX10K, MAX5000, MAX7000-7000X, MAX9000 Edit 2.0 версия программы Altera EDIF 5.0 VEC

Большинство из перечисленных выше БМК известно многим потребителям, на их основе создано большое число пролузаказных БИС ("прошивок"). Малоизвестным является новый БМК 1592ХМ1.

1592ХМ1 базовый матричный кристалл на 100 000 вентилей

1592ХМ1 базовый матричный кристалл, предназначенный для автоматизированного проектирования полузаказных интегральных схем с рабочей частотой до 50 МГц.

1592XM1 выполнена по принципу "море вентилей" и содержит 100 000 четырехтранзисторных нескоммутированных ячеек, предназначенных для построения функциональных узлов ИС. По периферии кристалла на фиксированных местах расположены 232 контактные площадки для подключения элементов ввода/вывода и питания.

Основные характеристики

Количество ячеек 100 000
Библиотека, стандартных элементов:
ядро
ввод/вывод
более 170
более 60
Слоев металлической разводки 2
Тактовая частота до 50 МГц
Напряжение питания 4,5. 5,5 В
Максимальный ток в статическом режиме 1,0 мА
Ток нагрузки выходных элементов до 10 мА
Мощность рассеивания в корпусе 4229.132-3 3,0 Вт
Функциональных выводов в корпусе 4229.132-3 100
Корпус 132-выводной металлокерамический 4229.132-3 или по заказу
Рабочая температура -60. +85°С

1592ХМ1 используется для быстрого построения полузаказных ИС изделий специального и общего назначения, заменяя большое количество ИС низкой и средней степени интеграции в самой разнообразной электронной аппаратуре.

Для автоматизированного проектирования полузаказных ИС используется библиотека стандартных элементов 1592ХМх и встраиваемые модули ОЗУ и ПЗУ.

Библиотека стандартных элементов

  • библиотеки ядра (более 170 стандартных элементов);
  • библиотеки ввода/вывода (более 60 стандартных элементов).

Библиотека постоянно развивается, при необходимости разрабатываются дополнительные элементы.

Все библиотечные элементы аттестованы с применением программы SPICE на транзисторном уровне. Достоверность результатов подтверждена измерениями тестовых кристаллов.

Библиотека ядра

  • комбинационная логика;
  • элементы с третьим состоянием;
  • усилители тактового сигнала;
  • триггеры-защелки, D-триггеры, JK-триггеры;
  • фрагменты сумматора, сумматора-вычитателя, синхронного счетчика;
  • дешифраторы;
  • мультиплексоры.

Типовое время задержки библиотечных элементов ядра показано на рис. 2.

Рис. 2. Среднее время задержки элементов ядра

Библиотека ввода/вывода

  • КМОП и ТТЛ-входы/выходы с тремя состояниями;
  • КМОП и ТТЛ-входы/выходы, повторители шины;
  • КМОП и ТТЛ-выходы;
  • КМОП и ТТЛ-выходы с тремя состояниями;
  • КМОП и ТТЛ-выходы с тремя состояниями, повторители шины;
  • инвертирующие и не инвертирующие КМОП и ТТЛ-входы с повторителем шины и подтяжкой к высокому состоянию;
  • входы с триггером Шмитта;
  • буферы тактового сигнала;
  • ячейки кварцевых резонаторов.

Типовое время задержки библиотечных элементов ввода/вывода показано на рис. 3.

Рис. 3. Среднее время задержки элементов ввода/вывода

  • шина питания ядра кристалла;
  • шина питания элементов ввода/вывода в динамическом режиме (в момент переключения);
  • шина питания элементов ввода/вывода в статическом режиме.

Встраиваемые модули

Для расширения функциональных возможностей и области применения схем на основе библиотеки 1592ХМх имеются подсистемы автоматической компиляции блоков ОЗУ и ПЗУ. Эти блоки создаются из базовых транзисторов ячеек ядра и могут располагаться в любом месте кристалла.

Емкость блока может быть любой в пределах, указанных на графиках. При максимальной емкости каждый из блоков ОЗУ (256x16 или 128x32 бит) или ПЗУ (512x32 бит) занимает около 12% площади ядра кристалла 1592ХМ1. Для увеличения количества слов или (и) разрядности можно использовать несколько блоков. Создание всех необходимых представлений блоков в базе данных проекта производится автоматически. Пользователю необходимо заполнить простую форму, указав необходимые ему параметры блока.

Эксплуатационные режимы

Полузаказные БИС, изготовленные на основе БМК 1592ХМ1, рекомендуется применять в режимах, показанных в табл. 3.

Таблица 3. Таблица режимов

Параметр Символ Значение
Мин. Макс.
Напряжение питания, В UCC 4,5 5,5
Низкий уровень входного напряжения, В
КМОП-вход
ТТЛ-вход		 VIL
-0,5
-0,5
0,3UCC
0,8
Высокий уровень входного напряжения, В
КМОП-вход
ТТЛ-вход		 VIH
0,7UCC
2,0
UCC+0,5
UCC+0,5
Емкость внешних выводов, пФ:
вход
выход
вход/выход
СI
CO
CI/O
4,0
3,8
4,0
4,5
5,0
5,5
Рабочая температура Т -60 +85

Рис. 4. Емкость блоков ОЗУ и ППЗУ

Конструкция

Полузаказные БИС 1592ХМ1 выполнены по базовой КМОП-технологии с поликремниевыми затворами.

Кристалл БМК содержит 100 000 вентилей ядра и 216 ячеек и контактных площадок ввода/вывода. Всего на кристалле 232 контактных площадки, 32 из них для шин питания.

Разводка электрических связей проектируемой полузаказной БИС (трассировка) выполняется двумя слоями металлизации.

В настоящее время БИС выпускаются в металлокерамическом 132-выводном корпусе 4229.132-3 с планарными выводами. По заказу БИС могут быть изготовлены в ином исполнении.

отрохов пишет.

Базовый матричный кристалл ( БМК) - матрица нескоммутирован-ных элементов, электрические связи между которыми формируются в соответствии с назначением микросхемы на этапе формирования разводки. Базовые матричные кристаллы являются универсальными кристаллами-заготовками, расположенными на полупроводниковой пластине. Для изготовления специализированных БИС на их основе ( матричных БИС) проектируются и изготовляются 1 - 3 заказных фотошаблона ( маски), с помощью которых на заключительных технологических операциях формируются электрические связи по заданной принципиальной электрической схеме. Метод вентильных матриц позволяет существенно упростить процессы проектирования и производства специализированных БИС, сводя их к трассировке и технологической реализации необходимых электрических соединений. [1]

Базовый матричный кристалл содержит сформированную заранее матрицу базовых ячеек, расположенную в центральной части, и группу буферных ячеек ( ячеек интерфейса - ввода-вывода), расположенных по периферии кристалла. Ячейка БМК - группа нескоммутированных элементов ( транзисторов, диодов, резисторов и др.) и отрезков полупроводниковых шин, используемых для реализации пересекающихся электрических связей. [2]

Базовые матричные кристаллы для цифровых и аналоговых БИС строятся на основе биполярных транзисторов и полевых транзисторов с изолированным затвором. [3]

Базовые матричные кристаллы являются универсальными полуфабрикатами. Для изготовления БИС на их основе требуется спроектировать и изготовить необходимые ( заказные) электрические соединения элементов кристалла. Так как часть конструкции БИС проектируется и изготовляется по заказу, то такие специализированные БИС называются полу заказными. При разработке современной аппаратуры применяются БМК, содержащие десятки и сотни тысяч транзисторов. [4]

Базовые матричные кристаллы являются универсальными кристаллами-заготовками, расположенными на полупроводниковой пластине. Для изготовления специализированных БИС на их основе ( матричных БИС) проектируются и изготовляются 1 - 3 заказных фотошаблона ( маски) с помощью которых на заключительных технологических операциях формируются электрические связи по заданной принципиальной электрической схеме. Метод вентильных матриц позволяет существенно упростить процессы проектирования и производства специализированных БИС, сводя их к трассировке и технологической реализации необходимых электрических соединений. [5]

Базовые матричные кристаллы для цифровых и аналоговых БИС строятся на основе биполярных транзисторов и полевых транзисторов с изолированным затвором. [6]

Базовые матричные кристаллы на основе / г - МОП-транзи-сторов имеют высокую плотность компоновки элементов. Среднее время задержки логических элементов составляет 1 - 20 не. [7]

Микросхема представляет собой базовый матричный кристалл с функционально законченными аналоговыми макроэлементами и предназначена для проектирования, изготовления полузаказных аналоговых микросхем для эксплуатации в составе гибридных микросхем. Полузаказные микросхемы изготавливаются по карте заказа, разработанной заказчиком ( потребителем) и согласованной с изготовителем микросхем. ИС изготовлена на базе набора не соединенных между собой активных и пассивных элементов, изолированных обратносмещенными р-п переходами. Переходы эмиттер - база п-р - п транзисторов могут использоваться в качестве стабилитронов с напряжением стабилизации до 8 В. [8]

Микросхемы представляют собой базовый матричный кристалл ( БМК) емкостью 500 эквивалентных вентилей типа инвертор. Изготовлены по КМОП технологии с поликремниевыми затворами. БМК позволяет по требованию заказчика воплотить в одном корпусе необходимые логические конфигурации. На основе БМК возможна реализация двух направлений: развитие семейства цифровых ИС-функциональных аналогов серий К555, КР1533, К561, КР1564 и расширение или объединение функций ИС, уже используемых в аппаратуре или на этапе ее проектирования, определяя совокупную логическую функцию устройства или отдельного блока. [9]

Микросхемы представляют собой базовый матричный кристалл ( БМК), содержащий 2000 вентилей. Состоит из внутренней и периферийной части. Внутренняя часть представляет собой матрицу 13 х 40, содержащую 2 ряда по 40 усилительных матричных ячеек ( МБЯ) для реализации усилительных функций. Каждая МБЯ содержит 10 транзисторов. Усилительная МБЯ содержит 4 транзистора. Периферийная часть представляет собой периферийную базовую ячейку, содержащую 20 транзисторов и контактную площадку, что позволяет осуществить 40 входов / выходов. БИС на основе БМК позволяют заменить 60 ИС малой и средней степени интеграции. [10]

Микросхема представляет собой базовый матричный кристалл ( БМК) с набором активных и пассивных элементов и используется в качестве элементной базы аналоговых полузаказных микросхем радиотелевизионных систем широкого функционального назначения. Элементы расположены симметрично его вертикальной и горизонтальных осей. Транзисторы сгруппированы в 8 зон, наиболее мощные располагаются по периферии кристалла между контактными площадками. В состав ИС входят 92 п-р - п транзисторов ( 84 маломощных и 8 повышенной мощности), 40 p - n - р транзисторов, 8 диодов, 272 резистора и 4 конденсатора. [11]

Микросхема представляет собой базовый матричный кристалл с функционально законченными аналоговыми макроэлементами и предназначена для проектирования, изготовления полузаказных аналоговых микросхем для эксплуатации в составе гибридных микросхем. Полузаказные микросхемы изготавливаются по карте заказа, разработанной заказчиком ( потребителем) и согласованной с изготовителем микросхем. ИС изготовлена на базе набора не соединенных между собой активных и пассивных элементов, изолированных обратносмещенными р-п переходами. Переходы эмиттер - база п-р - п транзисторов могут использоваться е качестве стабилитронов с напряжением стабилизации до 8 В. [12]

Микросхемы представляют собой аналоговый базовый матричный кристалл с функционально законченными аналоговыми макроэлементами и предназначены для создания полузаказных аналоговых микросхем. На кристалле могут быть одновременно изготовлены 2 операционных усилителя, источник опорного напряжения и компаратор или счетверенный управляемый аналоговый ключ, или два стабилизатора напряжения. [13]

Микросхемы представляют собой цифровой базовый матричный кристалл , содержащий 2636 интегральных элементов ( транзисторов, резисторов) или 300 эквивалентных вентилей. [14]

Микросхема представляет собой цифровой базовый матричный кристалл , содержащий 13100 интегральных элементов ( транзисторов, резисторов) или 1500 эквивалентных вентилей и предназначена для быстродействующих вычислительных систем. Разработана библиотека функциональных ячеек, включающая в себя логические элементы И, ИЛИ, И-ИЛИ, мультиплексоры, сумматоры, триггеры. Кристалл имеет 108 контактных площадок, из них 88 сигнальных. [15]

При проектировании БМК стремятся наилучшим образом сбалансировать число базовых ячеек, трассировочные ресурсы кристалла и число контактных площадок для подключения внешних выводов. Важно заметить, что для современных БМК может потребоваться до 500…1000 внешних выводов.

При описании БМК существуют следующие основные понятия и определœения:

- базовая ячейка (БЯ) как некоторый набор схемных компонентов, регулярно повторяющийся на определœенной площади кристалла. Базовые ячейки внутренней области БМК именуются матричными базовыми ячейками (МБЯ), ячейки периферийной зоны – периферийными базовыми ячейками (ПБЯ). Применяются два способа организации ячеек БМК:

1) из компонентов МБЯ должна быть сформирован один логический элемент, а для реализации более сложных функций используется несколько ячеек;

2) из компонентов МБЯ должна быть сформирован любой функциональный узел, а состав компонентов ячейки определяется схемой самого сложного узла.

- функциональная ячейка (ФЯ) – функционально законченная схема, реализуемая путем соединœения компонентов в пределах одной или нескольких БЯ.

- библиотека ФЯ – совокупность ФЯ, используемых при проектировании схемы на базе БМК (МАБИС).

Параметры БМК можно разделить на четыре группы:

- функциональные возможности (число эквивалентных вентилей, тип БЯ, число МБЯ и ПБЯ, состав библиотеки ФЯ и т. п.);

- электрические параметры (уровни напряжений, кодирующих лоᴦ. сигналы, напряжения питания, потребляемые токи, задержки распространения сигналов, максимальные частоты переключений и т. п.)

- конструктивно-технологические (тип корпуса, число выводов, число уровней металлизации, площадь кристалла и др.)

В мире изготавливаются БМК с десятками миллионов эквивалентных вентилей, обладающих задержками не более 0,1…0,2 нс.

Изготовление БМК можно разделить на следующие семь укрупненных этапов:

- исходное описание проекта;

- формирование базы данных и карты заказа;

- моделирование и верификация;

- предварительный просмотр проекта;

- проектирование топологии и верификация;

- окончательный просмотр проекта;

- изготовление опытных образцов.

Стремление автоматизировать процесс разработки проекта привело к появлению специальных языков программирования БМК. Среди них наиболее популярны языки Verilog Hardware Description Languages (VHDL).

Среди СБИС БМК в настоящее время наиболее распространены микросхемы программируемой логики, выпускаемые фирмами Xilinx, Altera, Actel.

4.4. БИС/СБИС с программируемыми структурами (CPLD, FPGA, смешанные структуры)

Микросхемы ПМЛ и БМК положили начало двум основным ветвям дальнейшего развития логических схем с программируемими структурами. Продолжением линии ПМЛ стали БИС/СБИС сложных программируемых логических устройств CPLD, а продолжением линии БМК – программируемые пользователœем вентильные матрицы FPGA. Стремление объединить достоинства обеих линий привело к созданию БИС/СБИС смешанной архитектуры, для которых не выработано общепринятое название, фирма Altera, первой выпустившая такие схемы, назвала их FLEX (Flexible Logic Element Matrix). Сложность таких микросхем соответствует целым системам.

В разработке интегральных схем с программируемой структурой (ИСПС) в настоящее время участвуют десятки фирм, ведущими среди них являются Xilinx, Altera, Acctel, Atmel, Lattic Semiconductor.

Сфера применения ПЛИС чрезвычайно широка, на них могут строиться не только отдельные блоки систем, но и системы в целом, включая процессоры и память.

Классификация ПЛИС по типу программируемых элементов представлена на рис. 4.4.

Рис.4.4. Классификация ПЛИС по типу программируемых элементов

Важно заметить, что для современных ПЛИС характерны следующие типы программируемых ключей:

- перемычки типа antifuze;

- транзисторы с плавающим затвором (ЛИЗМОП);

- ключевые МОП-транзисторы, управляемые триггерами памяти конфигурации (ʼʼтеневымиʼʼ ЗУ).

Программирование с помощью перемычек antifuze является однократным. Современные перемычки (фирмы QuickLogic и Actel) имеют высокое качество. Перемычка образована трехслойным диэлектриком с чередованием слоев ʼʼоксид-нитрид-оксидʼʼ, помещенных между проводящими поликремнеевой и диффузионной шинами. По этой причине такую конструкцию иногда еще называют ONO (Oxid-Nitrid-Oxid). Программирующий импульс напряжения пробивает перемычку и создает проводящий канал из поликремния между электродами.

Элементы EPROM, EEPROM и флэш-памяти используются в интегральных схемах с перепрограммируемой структурой. Информацию, хранимую в памяти конфигурации, можно стирать с помощью УФ-облучения или электрическими импульсами. Сегодня микросхемы с УФ-стиранием практически не выпускаются вследствие дороговизны корпуса с прозрачным окошком, но выпускаются приборы с однократным программированием (ОТР), выполненные по той же технологии, но в обычном корпусе.

Доминирующее положение на рынке интегральных схем с перепрограммируемой структурой занимают ПЛИС с триггерной памятью конфигурации. Упрощенная схема электронного ключа, используемого в этих схемах, приведена на рис. 4.5.

Рис.4.5. Упрощенная схема электронного ключа ПЛИС с триггерной памятью

Ключевой транзистор VT2 замыкает и размыкает участок ab исходя из состояния триггера, выход которого подключен к затвору транзистора VT2. При программировании на линию выборки подается высокий потенциал, и транзистор

VT1 открывается. С линии записи/чтения подается сигнал, устанавливающий триггер в состояние лоᴦ. ʼʼ0ʼʼ или ʼʼ1ʼʼ. В рабочем режиме VT1 заперт и триггер сохраняет неизменное состояние. Т. к. от триггера памяти не требуется высокого быстродействия, он проектируется из соображений компактности и максимальной стабильности. Впервые такие схемы были применены фирмой Xilinx. Загрузка соответствующих данных в память конфигурации программирует ПЛИС на выполнение задачи. Этот процесс производится многократно (неограниченное число раз) при каждом включении питания. Триггеры памяти распределœены по всœему кристаллу. Ключевой транзистор можно назвать программируемой точкой связи ПТС.

Расмотренные подходы к построению перепрограммируемых логических схем привели в дальнейшем к появлению более сложных изделий, таких как сложные программируемые логигические устройства (CPLD) и программируемые пользователœем вентильные матрицы (FPGA). Эти устройства выполняют более сложные функции и имеют в своем составе функционально законченные логические блоки, включая оперативную память. Οʜᴎ предназначены для решения сложных задач по управлению и обработке сигналов. Направления БИС/СБИС с перепрограммируемыми структурами продолжает интенсивно развиваться в настоящее время. При этом решающее значение имеет автоматизация проектирования сложных цифро-аналоговых устройств. Этому обстояльству обязаны появлением современные языки описания аппаратуры (HDL), предназначенные в конечном итоге для получения кодов для вышеописанных ПТС. Примерами таких языков низкого уровня могут служить языки PLDASM (Intel), AHDL (Altera), ABEL (Xilinx). Среди языков высокого уровня известны VHDL и Verilog.

Базовые матричные кристаллы - понятие и виды. Классификация и особенности категории "Базовые матричные кристаллы" 2017, 2018.

Программируемые логические матрицы, Способы отладки программ. Отладка программ заключается в проверке правильности работы программы и аппаратуры. Программа, не содержащая синтаксических ошибок, тем не менее, может содержать. [читать подробнее].

Программируемые логические матрицы, Способы отладки программ. Отладка программ заключается в проверке правильности работы программы и аппаратуры. Программа, не содержащая синтаксических ошибок, тем не менее, может содержать. [читать подробнее].

Читайте также: