ОПКЕБ_2015_Novaya_metodichka

3.При помощи топологического редактора PGRED разместить все компоненты в файле ИС, используя файлы, как библиотечные элементы. Порядок размещения описан в [5] на стр. 32 – 36 или в Приложении 1. ―Система автоматизированного проектирования ИС ―ПАРОМ‖.

4.Файлы компонентов и ИС сохранить на флешке или др. носителе (они понадобятся для выполнения лабораторной работы № 2) и вместе с отчѐтом (Word)

отправить преподавателю по e-mail в конце лабораторной работы.

.

3.2. Лабораторная работа № 2

Разработка и проверка топологии биполярной заказной ИС

Цель работы

Проектирование топологии межсоединений, полное завершение проектирования ИС и проверка топологии ИС.

Подготовка к работе

При домашней подготовке к работе изучить следующие материалы и написать конспект:

1. Инструкцию по работе с топологическим редактором PGRED из [5] на стр. 8

– 41 или в Приложении 1. ―Система автоматизированного проектирования ИС

―ПАРОМ‖.

2.Контакты к кремнию, проводники разводки, контактные площадки внешних выводов микросхемы из [6], стр. 69 – 84.

3.Вспомогательные элементы микросхем из [6], стр. 84 – 86.

4.Конструктивно – технологические ограничения при разработке топологии ИС из [4], стр. 45 – 48.

5.Правила проектирования топологии полупроводниковой ИС из [4], стр. 48 –

54.

6. Конструктивно – технологические варианты изоляции элементов микросхем

друг от друга [6], стр. 59 – 62.

Порядок выполнения работы

31

1.В файле ИС, полученном по окончании лабораторной работы № 1,

определить число изолированных областей (карманов) и разместить необходимое их количество, используя команды ―прямоугольник‖ и ―полигон‖. Команды описаны в [5] на стр. 21 – 22 или в Приложении 1. ―Система автоматизированного проектирования ИС ―ПАРОМ‖.

2.Осуществить трассировку межсоединений, используя команду ввода фигур

―полигон‖. Провести размещение контактных площадок и перемычек. Команды описаны в [5] на стр. 22 – 24 или в Приложении 1. ―Система автоматизированного проектирования ИС ―ПАРОМ‖.

3.Выполнить проектирование и размещение фигур совмещения и тестовых структур.

4.Провести проверку разработанной топологии заказной биполярной ИС на соответствие ограничениям на минимальные размеры. Проверить выполнены ли требования к окончательному варианту топологии ИС.

5.Восстановить принципиальную электрическую схему по топологии ИС и ввести еѐ MicroCAP и промоделировать еѐ работу. Скриншоты электрической схемы и результаты еѐ моделирования вставить в отчѐт по лабораторной работе.

Полученные файлы также необходимо сдать.

5. Файлы вместе с отчѐтом (Word) отправить преподавателю по e-mail в конце лабораторной работы.

3.3. Лабораторная работа № 3

Ввод принципиальной логической схемы и

разработка топологии 8-канального таймера

Цель работы

Изучение принципиальной логической схемы и состава подсхем 8-

канального таймера на уровне библиотечных элементов. Освоение основных приемов работы со схемным редактором, входящим в состав САПР БИС ―Ковчег‖.

32

Изучение последовательности разработки топологии специализированных КМОП БИС на основе БМК серии 5503 в САПР БИС ―Ковчег‖.

Подготовка к работе

При домашней подготовке к работе изучить следующие материалы и написать конспект:

1.Инструкцию по работе со схемным редактором из [1].

2.Описание САПР ―Ковчег 3.02‖ в [1].

3.Тестовый пример из [7], стр. 73 – 75.

4.Теоретическую часть настоящей методички.

Порядок выполнения работы

1. Спроектировать топологию электрической схемы тестового примера из

[7], стр. 73 – 75. Полученный файл STUDY.SCH разместить в папке <Задание 1>,

которая должна находиться в папке <Фамилия студента>,, для последующей сдачи преподавателю.

2. Ввести принципиальную логическую схему 8-канального таймера на верхнем уровне иерархии при помощи схемного редактора. Графический файл с образцом схемы получить у преподавателя. В дальнейшем при вводе схемы пользоваться материалом, изложенным в [1]. Полученный файл STUDY.SCH

разместить в папке <Задание 2>, которая должна также находиться в папке

<Фамилия студента>, для последующей сдачи преподавателю.

3. Ввести логическую схему, входящую в состав подсхем 8-канального таймера при помощи схемотехнического редактора по указанию преподавателя.

Полученный файл 3.SCH разместить в папке <Задание 3>, которая также должна находиться в папке <Фамилия студента>.

4.Полный комплект файлов для моделирования работы 8-канального таймера собрать у других студентов или ввести самому.

5.Синтезировать оптимальную топологию 8-канального таймера.

Критерий оптимальности: минимальная суммарная длина межсоединений.

33

Полученную длину межсоединений в виде скриншота разместить в файле отчѐта

(Word) по работе.

6.Смоделировать временную диаграмму работы таймера. Скриншот диаграммы также разместить в файле отчѐта.

7.Синтезировать топологию ИС выполняющей функцию AND и

смоделировать еѐ таблицу истинности. Файл схемы с расширением *.SCH

разместить в папке <Задание 7>, которая должна также находиться в папке

<Фамилия студента>. А результат еѐ моделирования (скриншот) разместить в файле отчѐта.

8.В конце лабораторной работы все файлы вместе с отчѐтом (Word)

отправить преподавателю по e-mail, копии сохранить на флешке или др. носителе

для использования в следующей лабораторной работе.

3.4. Лабораторная работа № 4 Проектирование топологии базовой ячейки БМК серии

5503 и исправление ошибок ввода логической схемы

8-канального таймера

Цель работы

Получение навыков поиска ошибок, допущенных при вводе логической схемы 8-канального таймера. Изучение топологии базовой ячейки БМК серии

5503.

Подготовка к работе

При домашней подготовке к работе изучить следующие материалы и написать конспект:

1.Теоретическую часть настоящей методички.

2.Технологический маршрут изготовления БМК серии 5501 и 5503 (см. ―Приложение 2‖).

3.В тетради конспекта лекций нарисовать топологию 9 фотошаблонов по

результатам выполнения пункта 2.

34

4.Инструкцию по работе с топологическим редактором PGRED из [5] на стр. 8 – 41 или в Приложении 1. ―Система автоматизированного проектирования ИС ―ПАРОМ‖.

Порядок выполнения работы

1.Получить у преподавателя файлы, для поиска синтаксических и логических ошибок в файлах подсхем 8-канального таймера. Ход поиска и содержание исправленных ошибок описать в файле отчѐта (Word). Файл после исправления ошибок подлежит сдаче вместе с отчѐтом, для чего его разместить в папке <Задание 1>, которая должна находиться в папке <Фамилия студента>.

2.Выполнить проектирование топологии базовой ячейки БМК серии 5503

при помощи графического редактора pgred.exe. Топология базовой ячейки приведена на рис. 8. Воспользоваться линейкой для измерения размеров элементов топологии на рис.8. Для перевода результатов этих измерений в мкм воспользоваться значениями, приведѐнными в таблице 2. При вводе топологии руководствоваться материалом изложенным в [5] на стр. 8 – 41 или в Приложении

1. ―Система автоматизированного проектирования ИС ―ПАРОМ‖. Для правильного размещения топологических фигур и фигур совмещения по слоям изучить технологический маршрут изготовления КМОП БИС серии 5503 (см. Приложение

2). Полученный файл разместить в папке <Задание 2>. Скриншот топологии поместить в отчѐт.

3. Получить у преподавателя имя библиотечного элемента. Найти этот библиотечный элемент в одной из библиотек САПР ―Ковчег 3.02‖. Получить при помощи САПР ―Ковчег 3.02‖ его топологию. Скриншот зашивки библиотечного элемента поместить в отчѐт. Ввести топологию зашивки в отдельный файл при помощи САПР ―Паром‖, используя копию файла, полученного в пункте 2.

Полученный файл разместить в папке <Задание 3>.

4. Восстановить по зашивке пункта 3 электрическую схему библиотечного элемента. Ввести электрическую схему в традиционном виде (вход –слева, выход – справа, земля – внизу, питание - вверху) в MicroCAP и промоделировать еѐ работу.

35

Скриншоты электрической схемы и результаты еѐ моделирования вставить в отчѐт по лабораторной работе. Полученные файлы также необходимо сдать.

5. Файлы вместе с отчѐтом (Word) отправить преподавателю по e-mail в

конце лабораторной работы.

ЛИТЕРАТУРА

1. Гаврилов С.В., Денисов А.Н., Коняхин В.В., Макарцева М.М. САПР «Ковчег

3.0» для проектирования микросхем на БМК серий 5503, 5507, 5521 и 5529. – М.: 2013. – 295 с.

2. Денисов А.Н., Фомин Ю.П., Коняхин В.В., Федоров Р.А. Библиотека функциональных ячеек для проектирования полузаказных микросхем серий 5503 и

5507/ Под общ. ред. А.Н. Саурова. - М: Техносфера, 2012. – 304 c.

3. Степченков Ю.А., Денисов А.Н., Дьяченко Ю.Г., Гринфельд Ф.И.,

Филимоненко О.П., Морозов Н.В., Степченков Д.Ю. Библиотека элементов для проектирования самосинхронных полузаказных БМК микросхем серий 5503/5507.

— М.: ИПИ РАН, 2014. — 296 с.

4. Конструирование и технология микросхем / Под ред. Л. А. Коледова. – М.,

Высш. шк., 1984. – 231 с.

5. Богомолов Б.К. Проектирование ИС. Разработка топологии. – Новосибирск,

Изд-во НГТУ, 2001. – 42 с.

6.Коледов Л.А. Технология и конструкции микросхем, микропроцессоров и микросборок. – СПб.: Лань, 2009. – 400 с.

7.Богомолов Б.К. САПР ―Ковчег 2.2‖, – Новосибирск, Изд-во НГТУ, 2005. – 78 с.

8.Красников Г.Я. Конструктивно-технологические особенности субмикронных МОП-транзисторов. – М.: Техносфера, 2011. – 800 с.

Дополнительная литература

9. Проектирование специализированных КМОП БИС на основе БМК 5501ХМ2:

Учеб. пособие / Под ред. В. В. Ермака. – М., МГИЭТ(ТУ), 1996. – 180 с.

36

10.Гаврилов С.В. и др. Система автоматизированного проектирования ―Ковчег 2.1‖. Кн.1. – М.: Микрон-Принт, 2001. – 230 с.

11.Денисов А.Н. и др. Библиотека логических элементов 5501. Кн.2. – М.: Микрон-Принт, 2001. – 178 с.

12.Богомолов Б.К. Введение в микросхемотехнику. – Новосибирск: НГТУ, 2006. –

36 с. (Шифр методички № 3079 УДК 621.3 В 24)

13.Богомолов Б.К. и др. Проектирование и расчет электронных схем. Компьютерный учебник, – Новосибирск, 2002. – [Электронный ресурс] URL: http://edu.nstu.ru/courses/tech/ref_schematic/full/main.htm?key=library (дата обращения: 26.11.14).

14.Каретников И.А. Топология микросхем. Лабораторные работы № 1-4.

Методическое пособие. – М.: Издательство МЭИ, 2002. – 38 с.

15.Рабаи Ж.М., Чандракасан А., Николич Б. Цифровые интегральные схемы. Методология проектирования, 2-е изд. – М.: ООО ‖И.Д. Вильямс‖, 2007. – 912 с.

16.Фрике К. Вводный курс цифровой электроники. – М., Техносфера, 2003. – 432 с.

17.Разевиг В.Д. Система сквозного проектирования электронных устройств Design Lab 8.0 – М.: Солон-Р, 2000. – 698 с.

18.Разевиг В.Д. Система проектирования цифровых устройств OrCAD . – М.: Солон-Р, 2000. – 160 с.

19.Разевиг В.Д. Схемотехническое моделирование с помощью MICRO-CAP 7. –

М., Горячая линия - Телеком, 2003. – 368 с.

20.Конструктивно-технологическое проектирование электронной аппаратуры / К.И. Билибин, А.И. Власов, Л.В. Журавлева и др. Под общ. ред. В.А. Шахнова . – М., Изд-во МГТУ им. Н.Э Баумана, 2002.

21.Разработка и исследование микроэлектронных кремниевых датчиков и элементов памяти СБИС ДОЗУ / Под ред. Ю. А. Чаплыгина. – М., МГИЭТ, 1994.

37

ПРИЛОЖЕНИЕ 1

СИСТЕМА АВТОМАТИЗИРОВАННОГО ПРОЕКТИРОВАНИЯ

ИС "ПАРОМ"

1. Назначение редактора PGRED

Графический редактор PGRED (версия 1.1) является одним из основных компонентов системы проектирования БИС "Паром". Он позволяет проектировать топологию заказных БИС. С его помощью можно проводить:

–конструирование топологии;

–редактирование графической информации;

–визуальный контроль топологии на экране дисплея;

–формирование библиотеки элементов.

По окончании работы программы формируется файл с расширением .SCE.

Описание топологии заказных ИС осуществляется с помощью соответствующих клавиш клавиатуры.

2. Вызов и команды редактора

Вход в режим графического редактора производится с клавиатуры по команде «PGRED». После ввода имени файла и загрузки схемы редактор находится в состоянии графического ввода.

В редакторе PGRED клавиатура дисплея используется для описания и графического редактирования топологии БИС. На клавиатуре имеются клавиши,

которые инициируют команды, представленные ниже.

При работе в режиме графического ввода курсор перемещается по экрану скачкообразно – по узлам сетки.

2.1. Служебные команды

"Сетка 1". Команда инициируется нажатием клавиши <1> на основной клавиатуре и осуществляет переход на первую сетку.

"Сетка 2". Команда инициируется нажатием клавиши <2> на основной клавиатуре и осуществляет переход на вторую сетку.

"Сетка 3". Команда инициируется нажатием клавиши <3> на основной клавиатуре и осуществляет переход на третью сетку.

38

"Заказ нового значения сетки". Если в процессе редактирования Вы хотите изменить шаг сетки, необходимо нажать клавишу <G>. На экране появляется запрос "Введите значение сетки" Редактор ожидает номер сетки (от 1 до 3),

значение которой будет изменено. После этого вводится новое значение сетки в пределах от 0 до 30 000.

"Привязка шага маркера к центру увеличения". Команда инициируется нажатием клавиши <\> на основной клавиатуре. В строке подсказки появляется запрос "Шаг маркера". Значение шага маркера задается в пределах от 1 до 4. Эта величина задает степень увеличения шага маркера при использовании команды

"Центр увеличения". При задании 1 шаг маркера после команды "Центр увеличения" станет равным примерно 1.5 мм, при задании 2 – примерно 3 мм, 3 –

примерно 6 мм и при задании 4 – примерно 9 мм.

"Шкала". Команда воспроизводит на экране сетку в виде точек с расстоянием между ними, равным текущему значению сетки. Повторная подача команды "Шкала" стирает сетку с экрана. Команда подается нажатием клавиши

<F3>.

"Регенерация". Команда обновляет (регенерирует) изображение на экране.

Команда подается нажатием клавиши <F2>.

"Активные слои" – это слои, в которые заносится контур фигуры. Для заказа активных слоев необходимо нажать клавишу <A>. При этом происходит инициализация режима "Активные слои". Выбор активных слоев производится из используемых слоев в таблице "Активные и видимые слои" в правой колонке экрана. Активные слои светятся красным цветом. Выбор активных слоев производится по следующей схеме:

1.Маркер подводится к слою, который нужно выбрать.

2.Нажимается клавиша <Ins>. Если слой уже был активным, признак активности убирается.

Если все используемые слои не помещаются на страницу, можно ее перелистнуть при помоши клавиши <PgDn>. Количество активных слоев,

заданных одновременно, не ограничивается. Выход из режима по клавише <Esc>.

39

"Видимые слои" – это слои, информация из которых отображается на экране. Если слой видим, то в таблице "Активные и видимые слои" он обведен прямоугольником с цветом и типом линии, которыми отображается данный слой.

Для заказа видимых слоев необходимо нажать клавишу <V>. При этом происходит инициализация режима "Видимые слои". Выбор видимых слоев производится из используемых слоев в таблице "Активные и видимые слои" в

правой колонке экрана. Видимые слои обведены прямоугольником с цветом и типом линии, которыми отображается данный слой. Выбор видимых слоев производится по следующей схеме:

1.Подводится маркер к слою, который вы хотите выбрать.

2.Нажимается клавиша <Ins>. Если слой уже был видимым, признак видимости убирается.

Если все используемые слои не помещаются на страницу, можно ее перелистнуть при помоши клавиши <PgDn>. Количество видимых слоев, заданных одновременно, не ограничивается. Выход из режима по клавише <Esc>.

"Используемые слои" – это слои, в которых уже есть информация в виде фигур. Если в процессе редактирования вы хотите занести контур фигуры в новый слой, необходимо сначала выбрать этот слой как используемый. Используемые слои выводятся на экран в столбце "Активные и видимые слои" при выборе активных или видимых слоев. Если слой неактивный и невидимый, то номер слоя светится серым цветом. Для заказа используемых слоев необходимо нажать клавишу <U>. При этом происходит инициализация режима "Используемые слои"

и в правом столбце экрана выводится столбцы из 98 слоев, слоя текста и слоя библиотек. Все слои светятся серым цветом, а слои, используемые в данном сеансе редактирования, обведены прямоугольником цвета и типа линии,

которыми отображаются фигуры данного слоя. Выбор используемых слоев производится по следующей схеме:

1.Маркер подводится к слою, который вы хотите выбрать.

2.Нажимается клавиша <Ins>. Признак "Используемый слой" убирается

только после записи и повторном входе в редактор, если в данном слое нет фигур.

40