2 Структурно-топологическое проектирование конвейерного матричного делителя (кмд)

В данной главе решается вопрос улучшения быстродействия и площадь на кристалле конвейерного матричного делителя. Только благодаря комплексной оптимизации, охватывающей все аспекты проектирования, становится возможным достижение наилучших характеристик.

2.1 Структурно-топологический план кмд и его оптимизация

Как было сказано ранее, при переходе к схемам с конвейерным принципом, увеличивается занимаемое место на кристалле. Была выполнена оптимизация структурно-топологического плана КМД, обеспечившая устранение из него разряжённых зон. Один триггер занимает меньше места чем, сумматор, и смысл оптимизации, показанной ниже, это уплотнение зоны триггеров.

Принцип структурно-топологической оптимизации представлен на рисунке 2.1.

Рисунок 2.1 – План структурно-топологической оптимизации КМД

Рисунок 2.2 – Начальная структура КМД

Идея перегруппировки является увеличения независимости ячеек одного столбца или строки. Классическая схема (рисунок 2.1, а) имеет несколько проблем. В связи с тем, что основные ячейки занимают много больше места, чем триггера, основные ячейки задают всей структуре не только вертикальный, но и горизонтальный размер. По этой причине область триггеров оказывается разряженной с большими пустотами между ячейками.

Первый шаг (рисунок 2.1, б) необходим для сдвига строк с выпрямлением матрицы сложных крупногабаритных базовых ячеек для приближения группы ячеек к прямоугольной форме тем самым убрать влияние базовых ячеек на горизонтальные габариты ячеек триггеров.

Рисунок 2.3 – Оптимизированная структурно-топологическая схема КМД

Следующим шагом объединяем триггеры для того, чтобы привести форму КМД к прямоугольной (рисунок 2.1, в). А так как триггеры имеют одинаковый размер, то горизонтальный размер триггеров становится независимым от горизонтального размера основных ячеек. При изменении положения ячеек важно учитывать, чтобы выполнялось сохранение связей с прежними соседями, т. е. сохранение реализуемого алгоритма деления.

Подробная иллюстрация такого подхода с прорисовкой отдельных ячеек показана на рисунках 2.2 и 2.3.

В результате таких действий получаем существенное сокращение площади схемы на кристалле, что для КМД составляет не менее 25%.

Рисунок 2.4 – Оптимизация структурно-топологического плана КМД путем совмещения малогабаритных ячеек

К тому же, полученная схема позволяет увеличить независимость вертикальных размеров триггеров, так как вертикальный размер строки позволяет вместить в себя несколько ячеек триггеров одну над другой (рисунок 2.4). Другими словами, на этом этапе мы пытаемся как можно плотнее уместить ячейки триггеров, с наименьшими зазорами пустого пространства.

Итоговый структурно-топологический план конвейерного матричного делителя представлен на рисунке 2.5. В структурно-топологическом плане имена ячеек имеют сокращённый формат, соответствие имён ячеек приведено в приложении Б.

2.2 Особенности реализации кмд

Внутри данной ВКР необходимо, как видно из структуры КМД (рисунок 2.3), разработать минимум 5 типов ячеек, а также их модификации для разного местоположения в схеме.