ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 05.12.2023
Просмотров: 33
Скачиваний: 1
ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.
Методы проектирования классифицируются:
1) по способам организации выполнения проектных процедур: экспериментальные (макетирование и физическое моделирование) и теоретические (расчет по аналитическим выражениям, математическое моделирование);
2)по степени автоматизации выполнения проектных процедур: автоматизированные и автоматические.
Рассмотрим наиболее распространенные методы в порядке их появления в практике проектирования.
Макетирование. Исходя из требований ТЗ на разрабатываемую БИС, выбираются два-три технологических процесса, при которых предположительно могут быть удовлетворены требования ТЗ по функциональным параметрам ИС. Затем для получения образцов активных компонентов и базовых логических элементов разрабатывается специальная топологическая схема, в которую должны входить активные компоненты и базовые аналоговые и логические элементы. Обычно такая схема содержит специальные тестовые компоненты для контроля параметров физической структуры и ошибок изготовления.
С помощью тестовой схемы решаются следующие задачи: выбор нескольких типов геометрических конфигураций активных компонентов и ЛЭ, которые предположительно должны удовлетворять схемотехническим требованиям; накопление статистических данных по параметрам активных компонентов, анализ АЭ и ЛЭ в различных режимах работы; исследования характера и определение параметров паразитных связей между компонентами ИС; контроль процессов изготовления фотошаблонов и фотолитографии и определение минимально допустимых размеров топологических элементов и запасов на совмещение, необходимых при решении топологических задач; выявления систематических ошибок изготовления фотошаблонов и фотолитографии для учета их при разработке топологических схем.
При разработке тестовой схемы необходимо учитывать возможность выбора того или иного технологического метода изготовления БИС. Если ни по одной из имеющихся технологий невозможно спроектировать данную БИС, удовлетворяющую требованиям ТЗ, то необходимо сформулировать требования к вновь разрабатываемому технологическому процессу. На полученных образцах активных компонентов собирается макет БИС, который затем исследуется методами, традиционными для обычной схемотехники на дискретных компонентах.
Основные недостатки макетирования: высокая стоимость и значительное время проектирования. Достоинства – относительная достоверность результатов.
Физическое моделирование заключается в изучении объектов одной физической природы с помощью объектов имеющих другую физическую природу, но одинаковое с ними математическое описание.
Расчет по аналитическим выражениям. Для получения формул, связывающих выходные параметры ИС (функциональные и измеряемые) с внутренними (параметрами компонентов), делаются значительные упрощения. По сложности расчеты по аналитическим выражениям рассчитаны на вычислительную мощность имеющихся в распоряжении каждого разработчика средств - «человеческий мозг», микрокалькулятор, ПК и т.д. Основные недостатки данного метода – высокая трудоемкость вывода формул и, как правило, низкая точность расчетов. Основное достоинство – доступность.
Математическое моделирование. Наиболее существенное отличие этого метода в том, что математические модели БИС получают без или при минимальных упрощениях, и они более адекватно описывают процессы, происходящие в реальных устройствах. При математическом моделировании можно «точно» решать экстремальные и статистические задачи, определяющие качество проектирования.
По степени автоматизации выполнения проектных процедур методы проектирования делятся на автоматизированные и автоматические. Это деление условно, так как с развитием средств вычислительной техники, а так же в связи с успехами вычислительной математики и программирования, роль автоматического проектирования постоянно возрастает.
Создание автоматических систем проектирования требует решения ряда сложных проблем: структурного синтеза на всех этапах проектирования, организации поддержания и совершенствования базы знаний, обеспечение возможности моделирования БИС совместно с другими функциональными узлами в составе сложной технической системы.
Важной проблемой, которую удалось решить с помощью автоматических систем, является относительно простой переход при проектировании БИС от одних конструктивно-технологических ограничений к другим.
3.3. Этапы проектирования БИС
При проектировании СТС используется блочно-иерархический подход. При таком подходе процесс проектирования разделяется на блоки (этапы). На высшем уровне используется наименее детализированное представление, отражающее только самые общие черты проектируемой системы. На каждом низшем последовательном уровне проектирования степень подробности рассмотрения возрастает, при этом система рассматривается не в целом, а отдельными блоками, как правило, функционально законченными.
Такой подход позволяет на каждом этапе формулировать и решать задачи приемлемой сложности, поддающиеся пониманию одним человеком. Основное достоинство блочно-иерархического подхода в том, что сложная задача большой размерности разбивается на последовательно решаемые задачи меньшей размерности. При блочно-иерархическом подходе на каждом уровне абстракции имеются свои представления о системе и элементах. То, что на одном уровне называлось элементом, становится системой на следующем уровне.
Так при проектировании сложных систем используются нисходящее или восходящее проектирование или их комбинации. Суть нисходящего – от общих требований к системе к технологическому процессу изготовления, а при восходящем - наоборот.
Проектирование современных СТС, в том числе и систем на кристалле, включает следующие уровни:
-
Системный (процессор — память — коммутатор, ППК); -
Микросхемный; -
Регистровый; -
Логический; -
Схемотехнический; -
Топологический; -
Компонентный.
Целесообразно разделить их на следующие группы уровней (этапов) проектирования:
1 - компонентный, схемотехнический и топологический – сфера интересов только проектировщика ИС.
2 - микросхемный и системный – сфера интересов только разработчика аппаратуры.
3 - регистровый и логический – сфера интересов обеих сторон.
Группа уровней, в которых работает каждый конкретный проектировщик, называется окном проекта. В окно проектировщика БИС входят следующие этапы.
1. Разработка спецификации включает процедуры проектирования алгоритма функционирования БИС и исходных тестовых последовательностей, моделирование алгоритма и получение выходных последовательностей. Полученная спецификация записывается в базу данных проекта и служит основанием для проверки корректности последующих этапов проектирования.
2. Логическое проектирование заключается в составлении функциональных схем БИС. Компонентами функциональной схемы являются элементарные блоки, образующие логический базис проекта. Задачей логического синтеза, например, функционального узла ЭВМ, является выбор базиса логических элементов (ЛЭ) для построения различных БИС и соединение их между собой так, чтобы осуществлялось заданное функционирование. Синтез логических схем может производиться как автоматически по структурной схеме (или по описанию поведения схемы) в заданном логическом базисе, так и вручную. В обоих случаях САПР поддерживает этот этап средствами логического моделирования. Логическое моделирование на ЭВМ выявляет ошибки в схеме, позволяет оценить правильность временных соотношений, минимизировать число ЛЭ, оптимизировать перечень и состав частей (блоков) системы. Проверка функционирования логической схемы включает анализ логических функций, реализуемых схемой, и временных соотношений (наличие критических путей, рисков сбоя и состязаний сигналов).
3. На этапе схемотехнического проектирования решаются следующие задачи:
-
структурный синтез принципиальной электрической схемы БИС; -
анализ полученной схемы (расчет статических состояний и переходных процессов); -
статистический анализ и оптимизация.
Под структурным синтезом понимается получение конфигурации принципиальной электрической схемы, оптимальным образом (по заданным критериям) удовлетворяющей требованиям ТЗ.
Основная его задача формулируется просто — по известным статистическим распределениям параметров компонентов схемы необходимо вычислить статистические распределения параметров самой ИС. Однако практическая реализация статистического анализа ИС связана с рядом трудностей (большие затраты машинного времени, необходимостью использования в качестве исходных данных информации о разбросе параметров компонентов ИС, получение такой информации сопряжено с большими затратами времени и средств и не всегда может быть выполнено в полном объеме.)
Наиболее широкое применение получили два метода: метод наихудшего случая (МНС) (Выходной параметр схемы должен находиться в пределах установленного поля допуска при наихудших сочетаниях погрешностей параметров компонентов) и метод Монте-Карло (состоит в N-кратном выполнении анализа работы объекта проектирования, причем в каждом варианте анализа задаются случайные значения внутренним параметрам в соответствии с их законами распределения и фиксируются получающиеся значения выходных параметров).
4. Топологический этап
Топология — это аналог электрической схемы в виде набора геометрических образов слоев кристалла. В каждом слое имеется определенное число фигур, расположенных относительно друг друга.
Соединения между элементами выполняются в соответствии с принципиальной электрической схемой. Они реализуются в виде металлизированных дорожек. Чтобы избежать пересечения металлических дорожек, соединения выполняют в различных слоях топологии. Количество слоев зависит от технологии изготовления ИС. Некоторые размеры топологии (например, размеры эмиттерной области) определяют ее электрические свойства, другие (расстояние между фигурами одного слоя или допуска на совмещение фигур разных слоев) должны удовлетворять конструкторско-технологическим ограничениям (КТО).
При проектировании топологии БИС необходимо решать следующие задачи:
• синтез топологии;
• контроль топологии;
• проектирование фотошаблонов.
Задачами синтеза топологии являются:
• разработка библиотеки элементов;
• разбиение схемы на части — декомпозиция электрической схемы;
• размещение элементов на кристалле;
• проведение соединений.
Задачи контроля топологии:
• проверка конструкторско-технологических ограничений;
• проверка соответствия топологии электрической схеме;
• экстракция электрической схемы из топологии.
Задачи проектирования фотошаблонов:
• представление области экспонирования в виде набора прямоугольных областей, которые могут быть обработаны микро фотонаборной установкой (МФНУ) или генератором изображений (ГИ);
• преобразование описания фото оригинала в последовательность команд в соответствующем формате, представляющих управляющую информацию для МФНУ и ГИ.
3.4 Программные средства проектирования
Общесистемные программные средства (ОПС) представляют совокупность системных программ, организующую выполнение прикладных программ на технических средствах САПР. Часть ПО, предназначенную для планирования и организации ввода/вывода, подготовки и отладки программ, распределения ресурсов и обработки данных, называют операционной системой. Операционная система состоит из обрабатывающих программ, составляющих подсистему подготовки программ (внешнее ПО), и управляющих, образующих подсистему исполнения программ (внутренее ПО).
Прикладное программное обеспечение (ППО) представляет совокупность пакетов прикладных программ (ППП) для всех этапов проектирования БИС и инструкций по их использованию. Прикладное программное обеспечение САПР БИС должно состоять из набора ППП, причем для каждого этапа проектирования должен использоваться свой ППП. Необходимо, чтобы в пределах каждого ППП использовались единые правила для описания исходных данных. ППП должны иметь в своем составе программы, позволяющие решать такие задачи, как:
1) структурный синтез (логической и электрической схем, топологии и компонентов);
2) составление математической модели (логической и электрической схем, топологии и компонентов);
3) решение математической модели (логической и электрической схем, топологии и компонентов);
4) оптимизация (числа логических элементов БИС, физической структуры и геометрических размеров компонентов, параметров пассивных и активных компонентов электрической схемы, числа пересечений межкомпонентных соединений в топологической схеме);