Конспект "Проектирование СБИС", III том серии книг по микроэлетроники.

[Alexashka]

Проектирование СБИС


1. Направление проектирования СБИС

На данном этапе развития СБИС, стоимость электронных схем входящих в состав СБИС, снижается с уменьшением размеров её элементов. По этой причине усилия разработчиков концентрируются на совершенствовании методов микротехнологии.
Весь процесс проектирования можно разделить на электрическое и физическое проектирование. К электрическому проектированию относятся функциональное проектирование СБИС, логическое проектирование, проектирование схем и частично полупроводниковых приборов. Физическое проектирование решает задачи, относящиеся к микроструктуре СБИС, размещения полупроводниковых приборов, трассировки и т.п.

2. Базовые схемы

На первый взгляд кристалл БИС представляется весьма сложной системой схем, в которой очень большое количество транзисторов, резисторов, конденсаторов и т.п.соединенных между собой методом послойного монтажа. По факту же внутри кристалла, как правило, содержится регулярная совокупность сравнительно простых базовых схем.
Активные элементы применяемые в БИС. Подразделяются на полевые биполярные транзисторы.
Широкое применение в БИС получили полевые транзисторы с изолированным затвором. Рис.1.

Рис.1 Структура полевого МОП - транзистора



Присоединённое изображение

[Alexashka]

Но и биполярные транзисторы так же находят применение в БИС. Рис.2

Рис.2 Разрез и вид сверху планарного биполярного транзистора


Присоединённое изображение

[Alexashka]

Использование базовых логических схем на МОП - структурах, подразумевает наличие в схемах МОП – инверторов, управляющих вентилей инвертирующих вентилей. Рис.3

Рис.3 Базовая схема основного МОП - инвертора


Присоединённое изображение

[Alexashka]

Инвертор- это электрическая схема, реализующая операцию логического отрицания, так же инвертор обладает функцией усиления слабых электрических сигналов и их воспроизведения.
Управляющие вентили в функциональном плане одинаковые они размыкают или замыкают цепь передачи сигнала.Рис.4

Рис.4 Вентили передачи. а – на МОП – транзисторах, б – на КМОП – транзисторах.

Присоединённое изображение

[Alexashka]

Устройства, в которых цепи возбуждения и цепи нагрузки объединены в одной инвертирующей схеме, называется инвертирующим вентилем. Рис.5


Рис.5 Структура вентилей – инверторов. б – на КМОП транзисторах,а – на транзисторах работающих в режимах обогащения/обеднения.

Присоединённое изображение

[Alexashka]

Соединив некоторое количество вентилей передачи, можно реализовать, вентили с определенными логическими функциями.
Схема мультиплексора/ демультиплексора. Рис.6


Рис.6 Схема 2-1 мультиплексора/демультиплексора.

Это сообщение отредактировал Alexashka - 14.10.2009 08:58

Присоединённое изображение

[Alexashka]

Дальнейшее объединение таких базовых схем приведёт к образованию схемы генератора функций. Рис.7

Рис.7 Схема генератора функций

Это сообщение отредактировал Alexashka - 14.10.2009 08:58

Присоединённое изображение

[Alexashka]

Комбинируя рассмотренные выше базисные схемы ,на основе МОП БИС представляется возможным реализовать устройства с самыми разнообразными функциями. На рисунке представлена
блок – схема ЭВМ выполненная в виде однокристальной БИС. Рис.8
Рис.8 Блок – схема ЭВМ выполненная в виде однокристальной БИС.



Присоединённое изображение

[Alexashka]

Запоминающее устройство на данной блок-схеме имеет вид. Рис.9


Рис.9 Схема динамического запоминающего устройства на трёх транзисторах

Присоединённое изображение

[Alexashka]

3. Моделирование электронных схем

Целью проектирования электронных схем является определение структуры схемы и параметров её элементов, которые удовлетворяли бы требованиям предъявленным к схеме.
Процесс проектирования показан на схемах. Рис.10

Рис.10 Последовательности проектирования СБИС

а) Проектирование от верхнего уровня к нижнему. В этом случае все логические схемы трансформируются до уровня электронных и на этом этапе производится оценка результатов проектирования с использованием моделирующей программы. При отсутствии ошибок переходят к проектированию технологии БИС.
б) Проектирование от нижнего уровня к верхнему. Согласно этому метод, исходя из базовых схем и функциональных блоков, производят проектирование БИС на уровне электронных схем и топологии внутри каждого функционального блока, а затем, привлекая функциональную схему, переходят, отполученых результатов к уже спроектированным блокам, таким образом , основную роль при проектировании топологии здесь играют размещение блоков и трассировки между ними.

Присоединённое изображение

[Alexashka]

4.Проектирование топологии

При проектирование цифровых логических схем искомую схему в общем случае получают, комбинируя элементы (вентили, триггеры, ПЗУ и т.п.) Результатом проектирования на данном этапе представляет собой файл, в который вносится информация о логической схеме, о применяемых блоках характере соединения между собой.
При разработке топологии в области прямоугольной формы размещают множество блоков и соединяют их электронными проводниками. Не забывая при этом о возможном влиянии проводников друг на друга и ближайших к ним блокам.
Проектирование топологии требует гораздо больших экономических и временных затрат. Основное отличие от других стадий проектирования это то, что результаты проектирования с помощью автоматики в разы хуже чем, у ручного труда. Однако при ручном проектировании слишком большое число ошибок, поэтому выбирается диалоговый режим работы, при котором функции надлежащим образом разделены.
.
Рис.11 БИС типа вентильной матрицы на МОП – структурах.


Присоединённое изображение

[VAL]

Alexashka
Все получилось! Спасибо!
:)

[VAL]

:doh: