Проектирование быстродействующего устройства ЭВМ с интеграцией
Курсовой проект - Компьютеры, программирование
Другие курсовые по предмету Компьютеры, программирование
4,917,27160,811,021,7830,2812,1753,910,6410,22175000875935,4110,3986,8811,8940,3092,8475,1330,6540,236i=434001168,94128,931,38910110,508500025719,133,923113,51,0341,3550,1511,2751,7560,5750,1316800020634,23,514101,71,0061,3840,1611,2731,7650,580,13917500036848,534,481129,711,3890,1631,3391,860,5810,14
3. Расчет энергетических характеристик МКМ
Рассчитаем мощность, потребляемую одним ЛЭ, задержку и напряжение:
Принимаем UБЛЭ=5 В, тогда
Зная, заданную максимальную эффективную интеграцию и энергетические параметры одного ЛЭ, определим параметры всей БИС:
Анализируя параметры рассеивания мощности для КМОП, ТТЛ и ЭСЛ видно, что РТТЛ и РЭСЛ в 5-20 раз выше, чем PКМОП, при этом возникает не решаемая проблема отвода тепла. Следовательно, в качестве схемотехники СБИС выбираем КМОП технологию.
Найдем мощность, которая рассеивается при работе кристалла (фактическую мощность):
PкрфактСБИС=PСБИС/Cск, где
Cск - скважность, определяемая по формуле
Сск=T0/ (tле*Hk);
Т0 - время выполнение цикла, нс;
Hk - число каскадов в цикле.
Зная, что T0=Hk*tс, где tс - системная задержка на одном ЛЭ, то запишем
Cск=tс/tлэ.
Найдем tс=tлэ+tсв, где
tлэ - схемная задержка на ЛЭ;
tсв - конструктивная задержка на ЛЭ.
В итоге получим
Сск= (tлэ+tсв) /tлэ= (0,09+0,08) /0,09=1,889
Тогда окончательно имеем
Pкрфакт=18/1,889=9,5 Вт.
4. Выбор система охлаждения МКМ и обоснование требований к элементам конструкций
Из п.3 известно:
Pкр фактМКМ = 0,14 Вт.
Для выбора системы охлаждения воспользуемся отношением
P / S [PS], где
P = Pкр фактМКМ, Вт;
S - площадь корпуса МКМ, см2;
PS - плотность, Вт / см2 (выбирается по специальной таблице в зависимости от вида системы охлаждения).
Выражая отсюда площадь, получим
S P / PS
В нашем случае имеем корпус с планарными выводами, расположенными равномерно по всем четырем сторонам корпуса с шагом 0,25 мм. Таким образом, площадь корпуса может быть найдена по формуле
S = Lкор2,
где
Lкор - сторона корпуса (корпус квадратный).
Подставляя численные значения получим Lкор =57 мм
Тогда площадь корпуса
S = 5,72 = 32,5 см2
Выберем воздушную систему охлаждения (PS < 0,2).
,5 1,25/0,2 32,5 6,25 (выполняется).
Таким образом, для конструкции МКМ не требуется дополнительных элементов, необходимых для обеспечения заданного теплового режима (радиаторов, специальных систем охлаждения и т.д.), так как достаточно естественного охлаждения. Последнее легко достигается за счет большого размера корпуса МКМ и относительно небольшого размера площади кристалла.
5. Описание принципов обеспечения помехоустойчивости конструкции
Обеспечение помехоустойчивости является одним из самых важных факторов при проектировании устройств ВТ.
Для правильного функционирования МКМ недопустимы даже кратковременные искажения информации, т.к. они приводят к ошибкам в конечных результатах и, как следствие, к потерям машинного времени для повторного вычисления. Причиной разного рода искажений являются помехи.
Помехи, как правило, имеют характер кратковременных импульсов. Различают помехи внешние и внутренние. К внешним относятся помехи от промышленной сети электропитания, сильноточных переключателей, атмосферных осадков. Защита от таких помех осуществляется конструктивно на уровне непосредственно ЭВМ (устройства защиты, стабилизаторы), поэтому непосредственно для МКМ их влияние можно не рассматривать.
К внутренним помехам относятся такие помехи, амплитуда и длительность воздействия которых находятся в прямой зависимости от амплитуды и длительности фронтов сигнала ЛЭ. Предотвращение воздействия таких помех есть прямая задача конструирования непосредственного устройства ЭВМ, в нашем случае МКМ. Внутренние помехи обусловлены:
- емкостными и индуктивными связями между сигнальными цепями ЛЭ (перекрестные помехи);
- наличием общих участков цепи схемной "земли", экранов и цепей питания (кондуктивные помехи);
- неполным согласованием цепей связи, колебательных режимов, резонансных явлений и (колебательные помехи).
Обеспечение помехоустойчивости МКМ достигается конструктивными особенностями, среди которых:
- одинаковое и достаточное число контактов земли и питания;
- правильное распределение контактов питания и земли по отношению к сигнальным контактам на корпусе;
- правильный выбор топологии и трассировки цепей питания в кристалле;
- правильная компоновка и трассировка логических цепей в кристалле;
- правильная развязка цепей питания за пределами корпуса;
Проведем расчет числа контактов питания и земли.
Общее число внешних контактов МКМ может быть рассчитано по формуле:
mобщМКМ=mi+mE0+mE1
где: mi - число внешних связей;
mE0 - число контактов нулевого потенциала;
mE1 - число потенциальных контактов.
Так как mi=mвхi+mвыхi, при этом mвыхi=mi/ (Ki+1), где Ki=mвхi/mвыхi, можно записать для КМОП (mE0=mE1=mвыхi/6) следующую формулу:
mобщМКМ=mi+mi/ (3* (Ki+1))
Подставляя значения из таблицы, получим:
mобщМКМ= 848,53+848,53/ (3* (1+1)) =990 шт
Следует заметить, что часть выводов будет отведена под внутренние соединения (к ОЗУ).
Чтобы избежать наводок со стороны линий питания и земли на логические цепи необходимо равномерно распределить контакты земли и питания по корпусу. Такое размещение пред