Смекни!
smekni.com

Автоматизированное проектирование СБИС на базовых матричных кристаллах (стр. 2 из 3)

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