Файл: ЛЕКЦИИ ПО ПОЛУЗАКАЗНЫМ ИС.doc

24

ПРОЕКТИРОВАНИЕ ПОЛУЗАКАЗНЫХ ИС

Лекция 1.

ВВЕДЕНИЕ. ПРОЕКТИРОВАНИЕ ЦИС: ЗАКАЗНОЙ И ПОЛУЗАКАЗНОЙ ВАРИАНТЫ

Развитие микроэлектроники демонстрирует рост сложности БИС и расширение области их применения, отсюда увеличение числа типономиналов изделий. Для массового производства .ИС и снижения их стоимости желательно, чтобы СБИС были универсальными и стоимость проектирования была ниже стоимости изготовления.

С другой стороны, размеры схем увеличиваются, кристалл становится структурной единицей, которую желательно специализировать.

Таким образом, СБИС должны быть и универсальными и специализированными.

К универсальным СБИС относятся, например, ЗУ и микропроцессоры (МП), их проектируют с самого начала с полупроводниковых приборов и заканчивая топологией кристалла. Такие схемы выпускают большими сериями, поэтому дороговизна проектирования снижается в пересчете стоимости на один бит или на одну функцию.

В технике всегда существует потребность в относительно небольших количествах специализированных БИС для конкретных системных применений, такие схемы называются специальными или заказными.

Заказные СБИС делятся на собственно заказные и полузаказные.

Заказные СБИС проектируются заново, начиная от создания библиотеки (custom) или на основе некоторой библиотеки (ASIC). Этап проектирования таких ИС занимает не менее года для «custom»-типа или 2-6 месяцев для «ASIC»-типа, капиталовложения при этом составляют, соответственно, от 1 M$ до 100K$.

Для проектирования полузаказных ИС используют некоторых полуфабрикат, поэтому отсутствует этап физического и электрического моделирования элементарных фрагментов. Технология изготовления ИС разработана вплоть до последних операций создания межсоединений. Правда, сохраняется этап моделирования либо всей схемы, либо ее узлов.

К полузаказным относят СБИС на таких полуфабрикатах, как транзисторные матрицы, вентильные матрицы, матрицы стандартных ячеек, программируемые логические матрицы (ПЛМ), ПЗУ.

Регулярный характер полузаказных БИС позволяет в значительной мере автоматизировать процесс проектирования, прежде всего, топологического для создания межсоединений.

---

Последние определения можно представить в виде некоторой классификации.

Специализированные

СБИС транзисторные матрицы

заказные полузаказные вентильные матрицы

ПЛМ, ПЗУ

custom ASIC

design

стандартные ячейки (узлы)

кремниевый компилятор

МЕТОДЫ ПРОЕКТИРОВАНИЯ специализированных полузаказных БИС.

Как видно из классификации , можно выделить следующие способы проектирования полузаказных БИС:

• на основе базовых матричных кристаллов (БМК), к которым могут относиться транзисторные или вентильные матрицы;

• на основе программируемых логических матриц (ПЛМ);

• на основе стандартных узлов;

• методом кремниевой компиляции.

---

БМК - это матрица нескоммутированных элементов, электрические связи формируются на этапе создания разводки.

ПЛМ - матрица элементов, в которой соединения можно создавать или разрушать по необходимости подачей программирующих сигналов (с использованием, например, МНОП -структур).

Стандартные узлы (ячейки) - метод проектирования, при котором используются непараметриз-ованные библиотеки стандартных ячеек.

Кремниевый компилятор (КК) - полностью автоматизированное преобразование поведенческих спецификаций СБИС к соответствующим геометрическим описаниям кристалла. Автоматическое преобразование языков высокого уровня в машинные языки. Результатом проектирования ИС при помощи КК является конструкторская документация к созданию слоев межсоединений - лэйаут (layout). Данный способ проектирования в данном курсе лекций не рассматривается, поскольку этот дорогой процесс требует соответствующего программного и аппаратного обеспечения. Метод КК чаще используется при проектировании сложных заказных БИС.

ДОСТОИНСТВА И НЕДОСТАТКИ проектирования полузаказных схем:

достоинства недостатки

- не нужно разрабатывать кристалл - потери площади кристалла

- высокая скорость проектирования - ограничение схемотехнических

- низкая стоимость проектирования вариантов

- высокий уровень контроля проекта

- возможность итераций

Лекция 2

ОСНОВНЫЕ ЛОГИЧЕСКИЕ ФУНКЦИИ.

Основные определения булевой алгебры.

В - некоторое множество, f и g - функции, для которых при x, y, z Bвыполняются следующие условия

Введем понятие пропозициональная форма. Пропозициональная форма - набор символов и отношение межде собой логических переменных, в простейшем варианте определения - связующая функция между переменными (объектами) в булевой логике, в которой переменные и сама функция принимают значения «0» и «1».

---

Чаще всего используют следующие функции:

а) повторение F = A, где А - переменная;

б) инверсия (отрицание, НЕ) F === A;

в) логическое сложение (дизъюнкция, ИЛИ) F = A + B = AB (функция двух переменных), выражение для большего числа переменных можно записать следующим образом F =,где - переменные;

г) логическое умножение (конъюнкция, И) F = A * B = A & B = AB (функция двух переменных), выражение для любого числа переменных - F = , где - переменные;

д) операция ИЛИ-НЕ F = (A + B) = ( стрелка Пирса); соответственно для нескольких переменных F = 

е) операция И-НЕ F = (штрих Шеффера), для нескольких переменных -

F = переменные;

ж) операция «эквивалентность» F = AB = (A  B) , функция принимает истинностные значения при равенстве значений А и В;

з) операция «неэквивалентность» F = A  B , функция принимает истинностные значения при неравенстве значений А и В («исключающее ИЛИ»);

и) операция «импликация» F = A  B , значение «ложно» функция принимает лишь при условии, когда А истинно, а В - ложно, то есть А  В = А &( В).

Следствие: если А и В пропозициональные формы (логические выражения), то и любые логические выражения с этими пропозициональными формами также являются логическими выражениями.

Любая пропозициональная форма может быть определена 3-мя связками: , &,  (НЕ, И, ИЛИ = инверсия, конъюнкция, дизъюнкция).

Любую функцию можно представить в нормальной конъюнктивной или нормальной дизъюнктивной форме, как сумму произведений либо произведение сумм прямых и инверсных значений переменных.

---

РАСПРОСТРАНЕННЫЕ АЛГЕБРАИЧЕСКИЕ ТОЖДЕСТВА

1. x + x = x * j * x * x = x - идемпотентность;

2. (x + y) + z = x + (y + z) - ассоциативность;

3. (x * y) = (y * x), (x + y) = (y + x) - коммутативность;

4. x (x + y) = x * y + x = x - поглощение;

5. (x + y) * z = x * z + y * z -дистрибутивность;

6. - правила Де-Моргана.

УСЛОВНО-ГРАФИЧЕСКИЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ .

Приведем примеры обозначений логических элементов, наиболее часто применяемых в схемотехнике.

А F=

Повторитель АF ; инвертор А о F =; инвертор- > o

усилитель

А 0 F =

A A x_o

B & F=A*B B &⁰ F =&

---