1.5.3. Схемотехническое проектирование

На этапе схемотехнического проектирования решаются задачи: 1) структурного синтеза принципиальной электрической схемы БИС; 2) анализа полученной схемы (расчет статических состояний и переходных процессов; 3) статистических анализа и оптимизации. Вопросы схемотехнического проектирования ИС и БИС широко освещены в литературе. Здесь же рассмотрим некоторые аспекты решения названных задач.

Под структурным синтезом понимают получение конфигурации принципиальной электрической схемы, оптимальным образом (по заданным критериям) удовлетворяющей требованиям ТЗ. Общего научно обоснованного подхода к решению этой задачи к настоящему времени найти не удалось. Поэтому задачи структурного синтеза пытаются решать в рамках определенных ограничений и прежде всего в рамках существующей классификации электронных схем. Можно предложить следующую классификацию методов структурного синтеза:

1) классический метод, когда желаемые характеристики аппроксимируются заданными функциями, а затем реализуются с помощью ЛЭ и компонентов из заданного набора;

2) метод перебора вариантов из заданного набора;

3) метод прямого неоптимального синтеза в заданном базисе ЛЭ;

4) метод локальной модификации известной схемы;

5) метод компиляции — преобразования описания функции схемы на языке высокого уровня в принципиальную электрическую или логическую схему, пригодную для разработки топологии;

6) метод экспертных оценок.

Задача анализа заключается в формировании математической модели анализируемой ИС в виде систем дифференциальных или трансцендентных уравнений и решении этих систем. При этом проектировщик обычно проводит анализ статических, динамических или частотных характеристик ИС.

При анализе статических характеристик рассчитываются токи и напряжения в любом узле схемы, анализируются вольтамперные характеристики и исследуется влияние параметров компонентов на них. Здесь же ставится задача расчета функциональных (потребляемая мощность, нагрузочная способность, помехоустойчивость и т. п.) и тестовых (входные и выходные токи и напряжения и т. п.) параметров схемы.

При анализе динамических характеристик ИС проектировщик обычно исследует с помощью ЭВМ поведение ИС при воздействии импульсных сигналов, получает графики переходных процессов в любом узле схемы при воздействии входных сигналов произвольной формы, затем проводится расчет частотно-зависимых параметров ИС, обычно линейных. При анализе необходимо учитывать, что принципиальные электрические схемы ИС содержат помимо функционально необходимых компонентов большое число компонентов, отражающих паразитные связи.

Статистический анализ занимает значительное место при анализе ИС. Различный подход к учету разброса параметров компонентов обусловливает разнообразие этих методов. При статистическом расчете ИС необходимо провести:

1) статистическую обработку результатов измерений или расчет параметров математических моделей компонентов;

2) статистический анализ схемы;

3) статистическую оптимизацию по параметрам компонентов;

4) статистическую оптимизацию по тестовым нормам.