одной стороне, т. е. выводы ячеек верхнего ряда находятся на
верхней стороне макроячейки, а нижнего -- на нижней. Применение
таких макроячеек позволяет сократить требуемую площадь кристалла,
но приводит к ухудшению условий для трассировки. Поэтому данный
тип макроячеек используется лишь при степени интеграции, не превы-
шаюшей 100 - 200 вентилей на кристалл. Отметим, что в некоторых
типах БМК, кроме однотипных макроячеек, во внутренней области мо-
гут присутствовать специализированные макроячейки, реализующие ти-
повые функциональные узлы (например, запоминающее устройство).
Помимо ячеек, являющихся заготовками для реализации элемен-
тов, на БМК могут присутствовать фиксированные части соединений. К
ним относятся шины питания, земли, синхронизации и заготовки для
реализации частей сигнальных соединений. Например, для макроячеек
(b) шины питания и земли проводятся вдоль верхней и нижней сторон
соответственно. Для макроячеек (a,d) шины проводятся вдоль линии,
разделяюшей верхний и нижний ряды ячеек, что приводит к уменьшению
потерь площади кристалла. Для реализации сигнальных соединений на
БМК получили распространение два вида заготовок: фиксированное
расположение однонаправленных (горизонтальных или вертикальных)
участков трасс в олном слое; фиксированное расположение участков
трасс в одном слое и контрактных окон, обеспечиваюших выход фикси-
рованных трасс во второй слой.
В первом случае для реализации коммутации проектируемой схемы
не требуется разработка фотошаблона фиксированного слоя, т. е.
число разрабатываемых фотошаблонов уменьшается на единицу. Во вто-
ром случае число разрабатываемых фотошаблонов уменьшается на два
(не требуется также фотошаблон контактных окон). Отметим, что в
настоящее время получили распространение различные виды формы и
расположения фиксированных трасс и контактных окон. Целесообраз-
ность использования того или иного вида определяется типом макроя-
чеек, степеныо интеграции кристалла и объемом производства.
При реализации соединений на БМК часто возникает необходи-
мость проведения трассы через область, занятую макроячейкой. Такую
трассу будем называть транзитной. Для обеспечения такой возможнос-
ти допускается: проведение соединения через область, занятую ячей-
кой, проведение через зазоры между ячейками. Первый способ может
применяться, если в ячейке не реализуется элемент, или реализация
элемента допускает использование фиксированных трасс и неподклю-
ченных выводов для проведения транзитной трассы.
Таким образом, в настоящее время разработано большое многооб-
разие типов БМК, которые имеют различные пераметры. При проектиро-
вании микросхем на БМК необходимо учитывать конструктивно-техноло-
гические характеристики кристалла. К ним относятся геометрические
параметры кристалла, форма и расположение макроячеек на кристалле
и ячеек внутри макроячеек, расположение шин и способ коммутации
сигнальных соединений.
Итак, следует отметить, что задача определения структуры БМК
является достаточно сложной, и в настоящее время она решается
конструктором преимущественно с использованием средств автоматиза-
ции.
РЕАЛИЗАЦИЯ ЛОГИЧЕСКИХ ЭЛЕМЕНТОВ НА БМК
Выше было показано, что БМК представляет собой заготовку, на
которой определенным образом размещены электронные приборы (тран-
зисторы и др.). Следовательно, проектирование микросхемы можно бы-
ло бы вести и на приборном уровне. Однако этот способ не находит
распространения на практике по следующим причинам. Во-первых, воз-
никает задача большой размерности. Во-вторых, учитывая повторяе-
мость структуры частей кристалла и логической схемы, приходится
многократно решать однотипные задачи. Поэтому применение БМК пред-
полагает использование библиотеки типовых логических злелентов,
которая разрабатывается одновременно с конструкцией БМК. В этом
отношении проектирование матричных БИС подобно проектированию пе-
чатных плат на базе типовых серий микросхем.
Таким образом, при применении БМК проектируемая схема описы-
вается на уровне логических элементов, а каждый элемент содержится
в библиотеке. Эта библиотека формируется заранее. Она должна обла-
дать функциональной полнотой для реализации широкого спектра схем.
Традиционно подобные библиотеки содержат следующие элементы: И-НЕ,
ИЛИ-НЕ, триггер, входные, выходные усилители и др. Для реализации
элемента используется одна или несколько ячеек кристалла, т. е.
размеры элемента всегда кратны размерам ячейки. Топология элемента
разрабатывается на основе конструкции ячейки и представляет собой
совокупность трасс, которые совместно с имеющимися на кристалле
постоянными частями реализуют требуемую функцию. Именно описание
указанных соединений и хранится в библиотеке.
В зависимости от того, на каких ячейках реализуются элементы,
можно выделить внешние (согласующие усилители, буферные схемы и
др.) и внутренние, или просто логические элементы. Если внешние
элементы имеют форму прямоугольников независимо от типа кристалла,
то для логических элементов сушествует большое разнообразие форм,
которое определяется типом макроячеек. Так, для макроячейки, пока-
╔════════╗ ╔════════╗ ╔═══╤════╗ ╔════════╗
║ ║ ║ ║ ║███│ ║ ║████████║
╟────┐ ║ ╟────────╢ ║███└────╢ ║████████║
║████│ ║ ║████████║ ║████████║ ║████████║
╚════╧═══╝ ╚════════╝ ╚════════╝ ╚════════╝
рис. 5
занной на рис. 4(a), возможные формы элементов приведены на рис.
5. При этом следует иметь в виду, что каждая форма может быть реа-
лизована с поворотом относительно центра макроячейки на угол,
кратный 90'. Для расширения возможностей наилучшего использования
площади кристалла для каждого логического элемента разрабатываются
варианты тапологии, позволяющие его реализовать в различных частях
макроячейки. Поскольку структура макроячейки обладает симметрией,
то эти варианты топологии, как правило, могут быть получены из ба-
зового вращением относительно осей симметрии.
При проектировании на уровне элементов существенными данными
являются форма логического элемента и расположение его выводов
(цоколевка).
СИСТЕМЫ АВТОМАТИЗИРОВАННОГО ПРОЕКТИРОВАНИЯ МАТРИЧНЫХ БИС
ПОСТАНОВКА ЗАДАЧИ ПРОЕКТИРОВАНИЯ
Задача конструирования матричных БИС состоит в переходе от
заданной логической схемы к ее физической реализации на основе
БМК. При этом исходные данные представляют собой описание логичес-
кой схемы на уровне библиотечных логических элементов, требования
к его функционированию, описание конструкции БМК и библиотечных
элементов, а также технологические ограничения. Требуется получить
конструкторскую документацию для изготовления работоспособной мат-
ричной БИС. Важной характеристикой любой электронной аппаратуры
является плотность монтажа. При проектировании матричных БИС плот-
ность монтажа определяется исходными данными. При этом возможна
ситуация, когда искомый вариант реализации не существует. Тогда
выбирается одна из двух альтернатив: либо матричная БИС проектиру-
ется на БМК больших размеров, либо часть схемы переносится на дру-
гой кристалл, т. е. уменьшается объем проектируемой схемы.
Основным требованием к проекту является 100%-ная реализация
соединений схемы, а традиционным критерием, оценивающими проект, -
суммарная длина соединений. Именно этот показатель связан с такими
эксплуатационными параметрами, как надежность, помехоустойчивость,
быстродействие. В целом задачи конструирования матричных БИС и пе-
чатных плат родственны, что определяется заранее заданной формой
элементов и высоким уровнем унификации конструкций. Вместе с тем
имеют место следующие отличия:
- элементы матричных БИС имеют более сложную форму (не пря-
моугольную);
- наличие нескольких вариантов реализации одного и того же
типа элемента;
- позиции для размещения элементов группируются в макроячей-
ки;
- элементы могут содержать проходы для транзитных трасс;
- равномерное распределение внешних элементов по всей перифе-
рии кристалла;
- ячейка БМК, не занятая элементом, может использоваться для
реализации соединений;
- число элементов матричных БИС значительно превышает значе-
ние соответствующего параметра печат ных плат.
Перечисленные отличия не позволяют непосредственно использо-
вать САПР печатных плат для проектирования матричных БИС. Поэтому
в настоящее время используются и разрабатываются новые САПР, пред-
назначенные для проектирования матричных БИС, а также дорабатыва-
ются и модернизируются уже действующие САПР печатных плат для ре-
шения новых задач. Реализация последнего способа особенно упроща-
ется, когда в системе имеется набор программ для решения задач те-
ории графов, возникающих при конструировании.
Поскольку трассировка соединений на БМК ведется с заданным
шагом на дискретном рабочем поле (ДРП), то необходимо чтобы выводы
элементов попадали в клетки ДРП. Однако внешние выводы макроячеек