Реферати українською » Радиоэлектроника » Автоматизоване проектування НВІС на базових матричних кристалах


Реферат Автоматизоване проектування НВІС на базових матричних кристалах

Страница 1 из 2 | Следующая страница

                Державний комітет із вищу школу.

      Московський Державний ІнститутЭлектроники і Математики

                       (Технічний Університет)

                          РЕФЕРАТ НА ТЕМУ

                АВТОМАТИЗИРОВАННОЕПРОЕКТИРОВАНИЕСБИС

                     НА БАЗОВИХМАТРИЧНЫХКРИСТАЛЛАХ

                                     Кафедра:МЭТ

                                     Керівник:Фонарев

                                     Виконавець:Ференец

                                                   Дмитро Олександрович

                                     Група:АП-41

                               Москва, 1995 р.


                   Попередні відомості.

     У цьому рефераті розглядаються технології, пов'язані з

особливостями проектуванняСБИС на базових матричних кристалах.

Розповідається саме поняття базового матричного кристала. Ана-

>лизируются основні етапи автоматизованого процесупректирова-

>ния.


           ПОТРЕБНОСТЬ ЕФЕКТИВНОГОПРЕКТИРОВАНИЯСБИС.

                  СТАНДАРТНЫЕ ІПОЛУЗАКАЗНЫЕ ІВ.

                БАЗОВІКРИСТАЛЛЫ ІТИПОВЫЕЭЛЕМЕНТЫ.

     Характерною тенденцією розвитку елементної бази сучасної

електронно-обчислювальної апаратури є швидке зростання ступеня

інтеграції. У умовах актуальною стає проблемаускоре-

>ния темпів розробки вузлів апаратури, що становлять БІС і

>СБИС. За позитивного рішення цієї проблеми важливо враховувати існування

двох різних класів інтегральних схем: стандартних (чи крупно-

серійних) і замовних. До перших належать схеми, обсяги виробництва

яких нині сягає мільйонів штук на рік. Тож до

великі видатки їх проектування конструюванняоправдива-

>ются. Цей клас схем включає мікропроцесори, різноманітних

напівпровідникові устрою пам'яті (ПЗУ,ОЗУ тощо.), серії стан-

>дартних мікросхем та інших. Схеми, належать у другому класі,

при обсязі виробництва за кілька десятків тисяч на рік,випус-

каються задоволення потреб окремих галузей промисловості.

Значна частина коштів вартості таких схем визначається витратами

їх проектування.

     Основним засобом зниження вартості проектування й, глав-

>ное, прискорення темпів розробки нових видів мікроелектронної аз-

>паратури є системи автоматизованого проектування

(>САПР). Через війну співдії конструкторів, спрямований-

>них зменшення термінів й відповідне зниження вартості проектування БІС і

>СБИС, постали званіполузаказние інтегральнімикросхе-

ми, у яких топологія значною мірою визначаєтьсяунифи-

>цированной конструкцією кристала. Перші схеми, які від-

нести до цього класу, з'явилися торік у 60-ті роки. Вониизготавлива-

лисій на уніфікованому кристалі з фіксованою розташуванням

функціональних елементів. У цьому проектування полягала у

призначенні функціональних елементів схеми на місця розташування

відповідних функціональних елементів кристала і проведення

сполук. Такий кристал отримав назву базового, оскільки

всефотошаблони (виключаючи верстви комутації) щодо його виготовлення

є постійними і залежить від реалізованої схеми. Ці кріс-

>талли, проте, знайшли обмежений застосування через неефективного

використання площі кристала, викликаного фіксованимположе-

>нием функціональних елементів на кристалі.

     Для часткової уніфікації топології інтегральних мікросхем

(ІВ) використовувалося також проектування схем з урахуванням наборути-

>пових осередків. У разі уніфікація полягало у розробці то-

>пологии набору функціональних (типових осередків, маютьстандартизо-

ванні параметри (зокрема, різні розміри за вертикаллю). Про-

>цесс проектування у своїй був у розміщенні у вигляді міські-

>зонтальних лінійок типових осередків, відповідних функціональним

елементам схеми, в розміщення лінійок на кристалі та її реалізації

зв'язків, що з'єднують елементи, у проміжках між лінійками. Ширі-

на таких проміжків, званих каналами, визначається процесі

трасування. Зазначимо, хоча у разі має місцеунифи-

>кация топології, кристал перестав бути базовим, оскільки вид всіх

фотошаблонів визначається ході проектування.

     Сучасніполузаказние схеми реалізуються на базовомуматрич-

>ном кристалі (>БМК), що містить не з'єднані між собою простий-

>ейшие елементи (наприклад, транзистори), а чи не функціональні елі-


менти як і розглянутий вище базовому кристалі. Зазначені елі-

менти розташовуються на кристалі матричним способом (в вузлах пручи-

>моугольной грати). Тому такі схеми часто називають матричними

БІС. Як і схемах на типових осередках топологія набору логічних

елементів розробляється заздалегідь. Однак у цьому разітополо-

>гиялогическиго елемента створюється з урахуванням регулярно розташований-

>них найпростіших елементів. Тому під час проектування логічно-

>мих елемент то, можливо розміщений будь-де кристала, а

створення всієї схеми потрібно виготовити лишефотошаблони верств

комутації. Основні перевагиБМК, які у зниженні

вартості і часу проектування, обумовлені: застосуваннямБМК

для проектування й виготовлення широкого класу БІС; зменшенням

числа деталізованих рішень на ході проектування БІС;упроще-

>нием контролю та внесення змін - у топологію; можливістю еф-

>фективного використання автоматизованих методівконструирова-

>ния, яка обумовлена однорідної структуроюБМК.

     Поруч із зазначеними достоїнствами БІС наБМК що немає

граничними для даного рівня, технології параметрами як іпра-

вило, поступаються як замовним, і стандартним схемами. У цьому

слід розрізняти технологічні параметри інтегральних мікросхем

і функціональних вузлів (пристроїв), реалізованих цих мікрос-

>хемах. Хоча технологічні параметри стандартних мікросхем малої

і середній ступеня інтеграції найвищі, параметри пристроїв,

реалізованих з їхньої основі, виявляються щодо низькими.


                         ОСНОВНІТИПЫБМК

     Базовий кристал є прямокутнумногослой-

>ную пластину фіксованих розмірів, де виділяютьперифе-

>рийную і внутрішню області (рис. 1). У периферійної області рас-

покладаються зовнішні контактні майданчики (ВКП) реалізації

зовнішнього під'єднання і периферійніячеики для реалізації буфер-

>них схем (рис. 2). Кожна зовнішня осередок пов'язані з однієї ВКП і

включаєдиодно-транзисторную структуру, що дозволить реалізувати

різні буферні схеми з допомогою відповідного сполуки елі-

ментів цієї структури. У випадку в периферійної області не можуть

перебувати осередки різних типів. Причому периферійні осередкимо-

гут розташовуватися наБМК у різних орієнтаціях (отриманихпово-

ротом на кут, кратний 90', і дзеркальним відбитком). Під базової

орієнтацією осередки розуміють становище осередки, розташованої на

нижньої боці кристала.

                                ├──┐

     ┌──────────────┐           ├┐ │

     Переферийная

     ВО

     Внутрен.

     область

     │  └────────┘  │           ├──┼─────┬─────┬─────┬───

     область ПО

     └──────────────┘           └─┴┴─┴─┴─┴─┴─┴─┴─┴─┴─┴────

                                     ПЯ ВКП

         рис. 1 рис 2.

     У внутрішній області кристала матричним способомрасполага-

>ютсямакроячейки для реалізації елементів проектованих схем (рис.

3).Промежутки міжмакроячейками йдуть на електричних

сполук. При матричному розташуваннімакроячеек область для

трасування природним чином розбивається на горизонтальні і

вертикальні канали. Натомість не більшемакроячейкиматрич-

>ним способом розташовуються внутрішні осередки для реалізаціїлоги-

>ческих елементів. Різні способи розташування внутрішніх осередків

імакроячейках показані на рис. 4. Причому поруч із розміщенням

осередків "впритул" застосовується розміщення ззазорами, у яких можуть

проводитися траси електричних сполук.

   │ ┌───────                  ┌─┬─┐          ┌─┬─┬─┬─┬─┬

   a) з)

   │ ┌─────────┐  ┌───         └─┴─┘          └─┴─┴─┴─┴─┴─┴

   │ └─────────┘  └───         ┌─┬─┬─┬─┬─┬    ┌─┬┬─┬┬─┬┬─┬┬─┬┬

   b)d)

   │ └─────────┘  └────

   Приклади структурмакроячеек.

       Структура ВО

         рис. 3 рис. 4

     Особливістю осередки є спеціальне розташуваннявиво-

>дов, узгоджене з структуроюмакроячейки. Як-от, осередки

розміщуються в такий спосіб, щоб висновки осередків затрималися уперифе-

вдзмакроячейки. Так було в одній змакроячеек висновки кожної осередки

дублюються верхній та нижньої її сторони. У цьому є віз-

>можность підключення до будь-якого висновку обабіч осередки, що

створює сприятливі умови для трасування. Що особливо

важливо під час проектуванняСБИС.


     У другіймакроячейке висновки осередки розташовуються лише з

одному боці, т. е. висновки осередків верхнього низки перебувають у

верхньої боцімакроячейки, а нижнього -- на нижньої. Застосування

такихмакроячеек дозволяє скоротити необхідну площа кристала,

але призводить до погіршення умов трасування. Тому цей

типмакроячеек використовується лише за ступеня інтеграції, непреви-

>шаюшей 100 - 200 вентилів на кристал. Зазначимо, що деякі

типахБМК, крім однотипнихмакроячеек, у внутрішній областімо-

гут може бути спеціалізованімакроячейки, реалізуютьти-

>повие функціональні вузли (наприклад, запам'ятовуючий пристрій).

     Крім осередків, є заготовки для реалізаціїелемен-

тов, наБМК можуть бути присутні фіксовані частини сполук. До

до них відносяться шини харчування, землі, синхронізації і заготівлі для

реалізації частин сигнальних сполук. Наприклад, длямакроячеек

(b) шини харчування і землі проводяться вздовж верхньої та нижньої сторін

відповідно. Длямакроячеек (>a,d) шини проводяться вздовж лінії,

>разделяюшей верхній і нижній ряди осередків, що зумовлює зменшенню

втрат площі кристала. Задля реалізації сигнальних сполук на

>БМК набули поширення два виду заготовок: фіксований

розташування односпрямованих (горизонтальних чи вертикальних)

ділянок трас волном шарі; фіксований розташування ділянок

трас щодо одного прошарку й контрактних вікон,обеспечиваюших вихідфикси-

>рованних трас на другий шар.

     У першому випадку для реалізації комутації проектованої схеми

непотрібен розробкафотошаблона фіксованого шару, т. е.

число розроблюваних фотошаблонів зменшується на одиницю. Увто-

ром разі число розроблюваних фотошаблонів зменшується на два

(непотрібен такожфотошаблон контактних вікон). Зазначимо, що у

час набули поширення різні види форми і

розташування фіксованих трас і контактних вікон.Целесообраз-

>ность використання тієї чи іншої виду визначається типоммакроя-

>чеек,степенио інтеграції кристала і обсягом виробництва.

     При реалізації сполук наБМК часто виникаєнеобходи-

>мость проведення траси через область, зайнятумакроячейкой. Таку

трасу називатимемо транзитної. Задля більшої такийвозможнос-

>ти допускається: проведення сполуки через область, зайнятуячей-

дідька лисого, проведення через зазори між осередками. Перший спосіб може

застосовуватися, тоді як осередку не реалізується елемент, чи реалізація

елемента допускає використання фіксованих трас інеподклю-

>ченних висновків щодо транзитної траси.

     Отже, нині розроблено великумногооб-

>разие типівБМК, які мають різніпераметри. Припроектиро-

>вании мікросхем наБМК необхідно враховуватиконструктивно-техноло-

>гические характеристики кристала. До них належать геометричні

параметри кристала, форма і місцезнаходженнямакроячеек на кристалі

і осередків всерединімакроячеек, розташування шин і загальнодосяжний спосіб комутації

сигнальних сполук.

     Отже, треба сказати, що завдання визначення структуриБМК

є дуже складної, й у час наважується

конструктором переважно з засобівавтоматиза-

>ции.


             РЕАЛИЗАЦИЯЛОГИЧЕСКИХЭЛЕМЕНТОВ НАБМК

     Вище показано, щоБМК є заготівлю, на

якої належним чином розміщені електронні прилади (>тран-

>зистори та інших.). Отже, проектування мікросхеми можна було б-

>ло здійснювати і приладовому рівні. Однак це спосіб не знаходить

залучення практиці з таких причин. По-перше, віз-

>никает завдання великий розмірності. По-друге, враховуючиповторяе-

>мость структури частин кристала і логічного схеми, доводиться

багаторазово вирішувати однотипні завдання. Тому застосуванняБМК перед-

вважає використання бібліотеки типових логічнихзлелентов,

яка розробляється разом з конструкцієюБМК. У цьому вся

відношенні проектування матричних БІС подібно проектуванняпе-

>чатних плат з урахуванням типових серій мікросхем.

     Отже, при застосуванніБМКпроектируемая схемаописи-

>вается лише на рівні логічних елементів, а кожен елемент міститься

у бібліотеці. Ця бібліотека формується заздалегідь. Вона маєобла-

дати функціональної повнотою для реалізації широкого спектра схем.

Традиційно подібні бібліотеки містять такі елементи:И-НЕ,

>ИЛИ-НЕ, тригер, вхідні, вихідні підсилювачі та інших. Задля реалізації

елемента використовується одна чи кілька осередків кристала, т. е.

розміри елемента завжди кратні розмірам осередки. Топологія елемента

розробляється з урахуванням конструкції чарунки й є

сукупність трас, які що з наявними на кристалі

постійними частинами реалізують необхідну функцію. Саме опис

зазначених сполук і зберігається у бібліотеці.

     Залежно від цього, яких осередках реалізуються елементи,

можна назвати зовнішні (>согласующие підсилювачі, буферні схеми і

ін.) та внутрішні, чи навіть логічні елементи. Якщо зовнішні

елементи мають форму прямокутників незалежно від типу кристала,

то тут для логічних елементівсушествует велика різноманітність форм,

що визначається типоммакроячеек. Так, длямакроячейки, поки-

         ╔════════╗  ╔════════╗  ╔═══╤════╗  ╔════════╗

         ║        ║  ║        ║  ║███│    ║  ║████████║

         ╟────┐   ║  ╟────────╢  ║███└────╢  ║████████║

         ║████│   ║  ║████████║  ║████████║  ║████████║

         ╚════╧═══╝  ╚════════╝  ╚════════╝  ╚════════╝

                          рис. 5

>занной на рис.4(a), можливі форми елементів наведено на рис.

5. У цьому слід пам'ятати, кожна форма то, можливореа-

>лизована з поворотом щодо центрумакроячейки на кут,

кратний 90'. Для можливостей найкращого використання

площі кристала кожному за логічного елемента розробляються

варіантитапологии, дозволяють його реалізовувати різних частинах

>макроячейки. Оскільки структурамакроячейки має симетрією,

то їх топології, зазвичай, можна отримати з ба-

>зового обертанням щодо осей симетрії.

     Під час проектування лише на рівні елементів суттєвими даними

є форма логічного елемента і місцезнаходження його висновків

(>цоколевка).


       СИСТЕМИАВТОМАТИЗИРОВАННОГОПРОЕКТИРОВАНИЯМАТРИЧНЫХ БІС

                  ПОСТАНОВКА ЗАВДАННЯПРОЕКТИРОВАНИЯ

     Завдання конструювання матричних БІС полягає у переході від

заданої логічного схеми до її фізичної реалізації з урахуванням

>БМК. У цьому вихідні дані є опислогичес-

дідька лисого схеми лише на рівні бібліотечних логічних елементів, вимоги

для її функціонуванню, опис конструкціїБМК і бібліотечних

елементів, і навіть технологічні обмеження. Потрібна отримати

конструкторську документацію виготовлення працездатною мат-

>ричной БІС. Важливою характеристикою будь-який електронної апаратури

є щільність монтажу. Під час проектування матричних БІС пліт-

>ность монтажу визначається вихідними даними. У цьому можлива

ситуація, коли шуканий варіант реалізації немає. Тоді

вибирається одне з двох альтернатив: або матрична БІСпроектиру-

>ется наБМК великих розмірів, чи частину схеми переноситься надру-

>гой кристал, т. е. зменшується обсяг проектованої схеми.

     Основним вимогою нині проектом є100%-ная реалізація

сполук схеми, а традиційним критерієм, оцінюючими проект, -

сумарна довжина сполук. Саме це показник пов'язані з такими

експлуатаційними параметрами, як надійність, стійкість перед перешкодами,

швидкодія. У цілому нині завдання конструювання матричних БІС іпе-

>чатних плат близькі, що визначається заздалегідь заданої формою

елементів і високий рівень уніфікації конструкцій. Разом про те

мають місце такі відмінності:

     - елементи матричних БІС мають складнішу форму (не пручи-

>моугольную);

     - наявність кількох варіантів реалізації однієї й тієї ж

типу елемента;

     - позиції розміщувати елементів групуються вмакроячей-

кі;

     - елементи можуть утримувати проходи для транзитних трас;

     - рівномірний розподіл зовнішніх елементів у всійперифе-

вдз кристала;

     - осередокБМК, не зайнята елементом, можна використовувати для

реалізації сполук;

     - число елементів матричних БІС значно перевищуєзначе-

>ние відповідного параметрапечатних плат.

     Перелічені відмінності неможливо безпосередньоиспользо-

>ватьСАПР друкованих плат для проектування матричних БІС. Тому

нині використовують і розробляють новіСАПР, перед-

призначені для проектування матричних БІС, і навітьдорабатива-

>ются і модернізуються вже діючіСАПР друкованих плат для ре-

>шения нових завдань. Реалізація останнього способу особливоупроща-

>ется, як у системі є набір програм вирішення завдань ті-

>ории графів, які виникають за конструюванні.

     Оскільки трасування сполук наБМК ведеться від заданим

кроком на дискретному робочому полі (>ДРП), необхідно щоб висновки

елементів потрапляли у клітиниДРП. Проте зовнішні висновкимакроячеек

можуть розташовуватися з кроком, не кратним крокуДРП. І тут

використовується простий прийом запровадження фіктивних контактних майданчиків,

що з внутрішніми частинами осередки. Якщо траса домакроячейке

не підходить, то область фіктивної майданчики залишається вільної.


     Під час розробкиСАПР БІС наБМК необхідно враховуватитребова-

>ния до систем, які диктуються специфікою розв'язуваної завдання. До нихотно-

>сятся:

     1. Реалізація наскрізного циклу проектування від схеми до

комплектів машинних документів на виготовлення, контрольексплуа-

>тацию матричних БІС.

     2. Наявність архіву даних про розробку, закладеного на боргів-

ремінних машинних носіях інформації.

     3. Широке застосування інтерактивних режимів всіх етапах

проектування.

     4. Забезпечення роботиСАПР як колективногопользова-

>ния. З огляду на велику розмірністьзалачи проектування,

більшість існуючихСАПР матричних БІС реалізовано нависо-

>копроизводительних ЕОМ. Однак у останнє брешемо дедалі більшезару-

>бежних фірм застосовує імини-ЭВМ.

                   ОСНОВНІ ЕТАПИПРОЕКТИРОВАНИЯ

     Процес проектування матричних БІС традиційно ділиться на

такі укрупнені етапи:

     1. Моделювання функціонування об'єкта проектування.

     2. Розробка топології.

     3. Контроль результатів проектування й доопрацювання.

     4. Випуск конструкторської документації.

     Розглянемо кожен крок у окремішності. Оскільки матрична БІС

єненастраиваемим іремонтоспособним об'єктом, то необ-

>ходимо поки що не етапі проектування забезпечити його правильне

функціонування. Досягнення цього можливо двома шляхами:

створенням макета матричних БІС з урахуванням дискретних елементів і

його випробуванням і математичним моделюванням. Перший спосібсвя-

>зан з більшими на тимчасовими і вартісними витратами. Тому макет

використовується тоді, що він спеціально не розробляється, а потім уже

існує (наприклад, під час переходу від пристроїв напе-

>чатних платах до матричним БІС). Другий спосіб потребує створення еф-

>фективной системи моделювання схем великого розміру, бо за

моделюванні необхідно враховувати схемне оточення матричних

БІС, які з числу елементів в багато разів

Страница 1 из 2 | Следующая страница

Схожі реферати:

Навігація