DSD 16 ( Q3 ) Programmable-chip design.

4 hours (2-hr lecture, 2-hr labs)

credit

Проектирование ис на программируемых кристаллах

литература

1. Дж.Уэйкерли. Проектирование цифровых устройств. В 2 кн. М., Постмаркет, 2002

2. Р.Дж.Беннеттс. "Проектирование тестопригодных логических схем".

3. М., Радио и Связь, 1990. 681.325.6.Б-463.

4. Проектирование СБИС. Пер. с японского. М., Mир,1988.621.3.049.77.П-791

5. С.И.Баранов, В.А.Скляров. Цифровые устройства на программируемых БИС с матричной структурой".М., Радио и Связь. 1986. 621.3.049.77.Б-241

6. Автоматизированное проектирование СБИС на базовых кристаллах.М., Радио и Связь, 1988. 621,3,049,77, А-224

7. В.Г.Домрачев, П.П.Мальцев, И.В.Новаченко, С.Н.Пономарев. "Базовые матричные кристаллы и матричные БИС". М, Энергоатомиздат, 1992.

8. Г.И. Пухальский, Т.Я. Новосельцева. Цифровые устройства. С.-Петербург, Политехника, 1996.

9. В.В. Соловьев. Проектирование цифровых схем на основе программируемых логических интегральных схем. М. Горячая линия-Телеком.2001.

8. Петренко А.И., Лошаков В.Н. «Автоматизированное проектирование СБИС на базовых кристаллах».

9. Гаровс С.В. «Кодовая защита в цепях передачи информации».

Лекция 1-2.

Задачи и структура курса. Классификация способов проектирования универсальных и специализированных, заказных и полузаказных ИМС. Понятие о базовых матричных кристаллах (БМК =MaskPrAr=MPA) и программируемых логических матрицах (ПЛМ=PLAs), программируемых матрицах логики (ПМЛ=PALs) как основных типах полуфабрикатных матричных структур для формирования базовых элементов микроэлектронных устройств. Программируемые полем (FPGA) и сложные или составные (CPLD) ПЛУ=PLDs Основные термины, параметры, этапы проектирования полузаказных ИМС=PLDs.

Выделяют следующие способы проектирования и типы схем.

ИС для применения частного характера в определенных изделиях называются полузаказными или специализированными. (application-specific IC, ASICs). Cтоимость 5 – 250 тыс.$.

Заказная ИС (custom LSI) - архитектура схемы, структура кристалла на уровне транзисторов определяются индивидуальным заказом потребителя. Схемы дорогие, более 250 тыс. Только для ИС с большими объемами выпуска.

Промежуточная группа – проектирование стандартными ячейками (standard cell design). Разрабатываются типовые блоки вида МП, ДШ, ЭП, Рг, Сч… К ним разрабатываются спец. элементы, если нужно (но дороже!). на кристалле оптимизируется размещение этих ячеек. Цены около 150 тыс.

Более дешево можно делать такие проекты на вентильных матрицах (gate arrays). Цена около 75 тыс., гибкость проекта выше, но площадь кристалла растет(избыточность, эффективность использования ячеек).

К полузаказным относят СБИС на таких полуфабрикатах, как транзисторные матрицы, вентильные матрицы, матрицы стандартных ячеек, программируемые логические матрицы (ПЛМ), ПЗУ, программируемые матрицы логики.

Регулярный характер полузаказных БИС позволяет в значительной мере автоматизировать процесс проектирования, прежде всего, топологического для создания межсоединений.

Последние определения можно представить в виде некоторой классификации.

Специализированные

СБИС транзисторные матрицы

заказные полузаказные вентильные матрицы

ПЛМ, ПЗУ

custom ASIC

design

стандартные ячейки (узлы)

кремниевый компилятор

МЕТОДЫ ПРОЕКТИРОВАНИЯ специализированных полузаказных БИС.

Как видно из классификаци, можно выделить следующие способы проектирования полузаказных БИС:

• на основе базовых матричных кристаллов (БМК), к которым могут относиться транзисторные или вентильные матрицы;

• на основе программируемых логических матриц (ПЛМ);

• на основе стандартных узлов;

• методом кремниевой компиляции.

ДОСТОИНСТВА И НЕДОСТАТКИ проектирования полузаказных схем:

достоинства	недостатки
- не нужно разрабатывать кристалл	- потери площади кристалла
- высокая скорость проектирования	- ограничение схемотехнических вариантов
- низкая стоимость проектирования
- высокий уровень контроля проекта
- возможность итераций

История развития програмируемых ИС:

Первыми появились ПЛМ – программируемые логические матрицы (PLAs),

Улучшение архитектуры привело к созданию ПМЛ = PAL,

ПМЛ – программируемые матрицы логики, программируемые устройства (PAL, PLS). ДЛЯ БОЛЬШОГО ЧИСЛА ПЕРЕМЕННЫХ ПЛМ = PLA

ПЛИС – ППЗУ – PROM

В 90-х годах стало возможным реализовать на одном кристалле нескольких ПМЛ, объединенных программируемыми соединениями: сложные или составные ПЛУ = PLD = CPLD (Соmplex Рrogram. Logic devices) и гибкие ПМЛ (FLEX).

Параллельно развивались архитектуры вентильных матриц (GA) или БМК. Програмируемые пользователем БМК (FPGA – программируемые полем).

Стандартные ПЛУ (SPLD) и FPGA взаимно дополняют один другого и конкурируют между собой в некоторых применениях.