Г.Г. Казённов, В.И. Петраков, Д.А. Булах, Т.Д. Жукова
Разработка САПР
Вводный курс лекций
Москва 2017
Министерство образования и науки Российской Федерации
Национальный исследовательский университет «МИЭТ»
Г.Г. Казённов, В.И. Петраков, Д.А. Булах, Т.Д. Жукова
Разработка САПР
Вводный курс лекций
Утверждено редакционно-издательским советом университета
Москва 2017
УДК 658.512.011.56
Рецензенты: к.т.н. С.В. Макаров, к.т.н. Д.А. Беляев
Г.Г. Казённов, В.И. Петраков, Д.А. Булах, Т.Д. Жукова
«Разработка САПР» Вводный курс лекций М.:МИЭТ, 2017. – 85 с.:
Аннотация
Курс лекций содержит сведения о методологии проектирования интегральных схем (ИС), включая вопросы классификации ИС, принципах проектирования, этапах проектирования, процедурах процесса проектирования, маршрутах проектирования различных типов ИС.
Рассмотрены вопросы классификации САПР и методология их построения.
Описан аппарат программного обеспечения для этапов логического, схемотехнического, топологического проектирования. Дано общее представление о средствах проектирования компании SYNOPSYS.
Рекомендуется студентам, специализирующихся в области проектирования интегральных схем.
@ МИЭТ, 2017
Звери, в школу собирайтесь!
Крокодил пропел давно!
Как вы там не упирайтесь,
Не кусайтесь, не брыкайтесь-
Не поможет всё равно!
Громко плачут Зверь и Пташка,
Караул! - кричит Пчела,
С воем тащится Букашка...
Неужели им так тяжко
Приниматься за дела?
Льюис Кэрролл, пер. Бориса Заходера,
«Алиса в Стране чудес»
Предисловие
Лет сорок назад Ваш покорный слуга прочитал книгу знаменитого кораблестроителя, математика, академика, профессора А.Н. Крылова «Мои воспоминания». В ней есть раздел «О подготовке специалистов». Рекомендую Вам прочитать эту книгу, хотя понимаю, что моей рекомендации навряд ли кто-то последует. Поэтому позволю себе несколько достаточно обширных выдержек из книги.
«Конечно, каждому из вас известна сказочка Лескова «О стальной блохе и о тульском Левше», и вы помните, как атаман Платов прислал ему на корабле бочонок «английской горькой» с назиданием: «Не пей много, не пей мало, а пей средственно»; так и в вашем деле я скажу: «Не учите много, не учите мало, а учите средственно». Другой писатель, триединый Козьма Прутков, высказал между прочим, два афоризма: «Нельзя объять необъятное» и «специалист подобен флюсу, полнота его всегда односторонняя». Наконец, знаменитый Мих. Ив. Драгомиров, бывший долгое время «учителем русской армии», сказал: «Учи показом, а не только рассказом».На профессорах и преподавателях втузов лежит обязанность учить и готовить инженеров, и притом не инженеров-учеников, а «готовых» инженеров, которых можно было бы прямо со школьной скамьи послать на завод в любой цех или в любое конструкторское бюро на соответственную самостоятельную должность. Достижимо ли это? Я прямо скажу нет, не достижимо, ибо это противоречит афоризму Козьмы Пруткова и равносильно желанию «объять необъятное». Итак, пора признать, что никакая школа не может «объять необъятное» и не может достигнуть «недостижимого предела».
………..
Уже давно было сказано, что целью университетского образования является «научить учиться». Долгих пояснений эти слова не требуют — достаточно простого сравнения. В старину московские купчихи непременно откармливали к Рождеству гусей моченым горохом и индюков вареными каштанами; для этого гуся зашивали до шеи в мешок, подвешивали к стене и пичкали горохом, так же поступали и с индюком, — они и жирели в меру купеческого вкуса и купеческой утробы. Подобно этому часто поступают и со студентами: его пичкают знаниями, сообщенными на лекциях, но не оставляют ему достаточно времени для обдумывания, усвоения и настоящего изучения предмета. ………
Сто лет назад мой отец учился в 1-м кадетском корпусе. В каждом корпусе было по нескольку лентяев или неспособных к учению кадетов, которые с самого начала решали, что их выпустят подпрапорщиками в гарнизон в какую-нибудь Тмутаракань. У них было два способа подготовки к экзаменам.
Тогда писали гусиными перьями, и у каждого был «перочинный ножик». Так вот, одни начинали подготовку к экзаменам с того, что точили преостро ножик, затем шли в цейхгауз, где в чанах размачивались розги, и начисто подрезали все торчащие сучочки, чтобы сделать розги «бархатными», и на этом подготовку к экзаменам заканчивали.
Другие, или более прилежные, или боявшиеся «бархатных» розог, готовились по сокращенным учебникам. Это делалось так: отрезалась треть книги сверху и треть снизу и вызубривалась оставшаяся середина. На экзамене хоть что-нибудь да ответишь, и, значит, нуля не поставят, и от розог избавишься.
Само собою является вопрос: не предоставить ли студенту самому избрать как бы свою подготовку по своей склонности …….»
* Это –выступление А. Н. Крылова на заседании президиума Академии наук СССР 1 октября 1941 г.; Текст раньше был зачитан в собрании профессоров Ленинградского кораблестроительного института 14 июля 1941 г.; напечатан в «Вестнике Академии наук» (1941, № 9-10, с. 76-77) с таким примечанием: «Помещая выступление академика А. Н. Крылова, президиум академии наук СССР считает вопросы, выдвинутые академиком А. Н. Крыловым, имеющими общее значение и заслуживающими особого внимания».
В. Петраков
Лекция 1 Интегральные схемы
Белый кролик надел очки.
– Откуда мне следует начать,
ваше Величество? –спросил он.
– Начните сначала, – серьёзно сказал
Король,– и читайте, пока не дойдёте
до конца; тогда остановитесь.
Льюис Кэрролл, «Алиса в Стране чудес»
Интегральная схема – это микроэлектронное устройство произвольной сложности, состоящее из совокупности электрически связанных компонентов (транзисторов, диодов, резисторов и др.), изготовленных в едином технологическом цикле на единой полупроводниковой основе (подложке).
Структурная схема ИС состоит из трёх блоков, представленных на рис.1.1. Первый обеспечивает согласование уровней входных сигналов (сигналов от генераторов) с заданными уровнями входных сигналов блока обработки информации. Третий блок обеспечивает согласование уровней выходных сигналов второго блока и сигналов в нагрузках.
Рис.1.1.Обобщённая
структурная схема ИС
Классификация интегральных схем
Существует ряд признаков, по которым классифицируются интегральные схемы. Рассмотрим некоторые из них:
В зависимости от формы представления обрабатываемой информации ИС делятся на аналоговые, цифровые, аналого-цифровые, цифро-аналоговые.
В зависимости от выполняемых функций ИС делятся на усилители (аналоговые), процессоры (цифровые), компараторы, (аналогово-цифровые), широтно-импульсные модуляторы (цифро-аналоговые) и т.д. и т.п.
По степени интеграции (числу компонентов на подложке-кристалле) условно различают схемы малой степени интеграции (МИС) – до 103,средней (СИС) – до 104, большой (БИС)–до 105, сверхбольшой (СБИС) – до 107, ультрабольшой (УБИС)– свыше 107.
По типу активного компонента схемы делят на биполярные, полевые и их комбинации. Классификация усложняется, если учитываются такие факторы, как используемые материалы, топологические размеры и т. д.
С точки зрения разработчика радиоэлектронной аппаратуры (РЭА) на базе ИС последние можно разделить на следующие виды: стандартные МИС, стандартные СИС, полузаказные БИС, заказные БИС, СБИС, УБИС, системы на кристалле –СнК (Systemonchip - SoC).
Как правило, стандартные схемы представляют собой логические схемы, выполняющие простейшие логические операции (И, ИЛИ, НЕ, ИЛИ-НЕ и т.д.), триггерные схемы – схемы, имеющие два устойчивых состояния, аналоговые схемы (операционный усилитель и т.д.).
Очевидно, что аппаратура на стандартных ИС, выпускаемых массовыми сериями, будет наиболее дешёвой, а на СБИС и УБИС – обладать лучшими техническими характеристиками.
Полузаказные (матричные) БИС (МаБИС) в соответствии с внутренней структурой делятся на:
Нескоммутированные логические матрицы (НЛМ), логические матрицы (ЛМ);
Матрицы стандартных ячеек (МСЯ);
Программируемые логические матрицы (ПЛМ, ПЛИС);
Аналоговые матрицы (АМ);
Матричные БИС других типов, например, ЦАП.
Для полузаказных (матричных) ИС характерна стандартная внутренняя структура и применение библиотек стандартных блоков (компонентов). Это позволяет уменьшить расходы на проектирование и сократить сроки разработки!
Примечание: Нескоммутированные логические матрицы являются регулярными структурами, состоящими из отдельных логических элементов или других компонентов, не соединённых между собой. Технологический процесс изготовления таких НЛМ заканчивается перед последней операцией – созданием межсоединений.
После создания межсоединений в НЛМ получаем ЛМ.