2) Задержка цифрового сигнала на связях (rlc – модель)

 

Шину следует рассматривать как RLC линию передачи.

 

Важная характеристика линии – волновое сопротивление.

 

Здесь C₁ и L₁ – погонная ёмкость и погонная индуктивность линии.

Для микрополосковых линий Z₀ = 50 –120 Ом

Особая проблема – согласование транзисторных схем с таким малым волновым сопротивлением линии связи. Для этого необходимо введение специальных транзисторных каскадов, обеспечивающих согласование импедансов входа и выхода с волновым сопротивлением линии передачи.

Скорость распространения сигнала по линии передачи :

_эф  9

v_гр = 10⁸ м/с    

Пусть L снова обозначает длину линии,  -  время пробега импульса

 = L/v_гр

При L = 1 см получаем время пробега:

 = 10^-2/10⁸  = 10^-10 с

 

Если длительность импульса короче, чем время распространения по линии, то возможно возникновения отражения.

 

 

Многократное отражение импульсов может привести к нарушению работы схемы.

Таким образом, в цифровую технику приходят методы техники СВЧ.

 

1)      Дисперсия фазовой скорости в линии передачи. При наличии больших полей рассеяния фазовая скорость волны в линии становится функцией частоты. При этом  возникает искажение спектра импульса. Это явление называется дисперсией.

Искаженная форма и длительность импульса.

 

Таким образом, при длительности импульса  <  10^-10 c и f _такт> 310⁹ Гц (3000МГц) возникает проблема борьбы с отражениями и искажением формы импульсов за счёт дисперсии.

 

Важно отметить: Уменьшение размеров  ИС облегчает борьбу с задержкой и дисперсией, поскольку становятся короче все связи внутри ИС и между различными ИС. Часть внутренних связей даже три весьма высокой тактовой частоте мажет рассматриваться RC связи, а другая часть связей, которые имеют большую длину, должны согласовываться как RLC линии передачи. Это создаёт дополнительные трудность при проектировании ИС с высокой тактовой частотой.

 

 

 

 

 

2.2. Технологические ограничения на уменьшение размеров элементов ис.

 

2.2.1. Предельные возможности фотолитографии.

1) Известно, что ограничением получения минимальных размеров с помощью фотолитографии служит дифракция света. Минимальный размер определяется длиной волны используемого света.

• Длина волны видимого света 0,35 – 0,7 мкм; ультрафиолетового излучения (УФ) – 0,1 – 0,3 мкм.

• Таким образом, использование УФ позволяет получить с помощью фотолитографии минимальный размер  l = 0,1 мкм !!!

• Для этого нужна проекционная фотолитография и тщательно спроектированная и изготовленная УФ оптика.

• Получить l < 1 мкм с помощью контактной фотолитографии практически невозможно из-за размывания границы тени от фотошаблона.

 

 

Проекционная ФЛ

 

Проблемы, возникающие при проекционной ФЛ:

1)      Абберации оптической системы

2)      Жесткость конструкции

3)      Устранение вибраций

 

 

 

 

 

 

2)   Тепловое расширение маски и ИС.

Коэффициент линейного расширения твердых тел   210^-5 1/К

Пусть размер фотошаблона l = 150 мм, T = 1 К (⁰С), тогда

l = lT = 150210^-51 = 310^-3 мм

l = 3 мкм. Это недопустимо много!

Необходима стабилизация температуры до 0.01 К в пределах фотошаблона (маски) и обрабатываемого объекта.

 

3)  Особого внимания заслуживает проблема совмещения фотошаблона или проекции изображения маски при последующих операциях фотолитографии.