Проектирование быстродействующего устройства ЭВМ с интеграцией
Курсовой проект - Компьютеры, программирование
Другие курсовые по предмету Компьютеры, программирование
ставлено на рис.6
Для обеспечения экранировки и простоты топологии цепи питания и земли выполним сплошными отдельными слоями. Расположение логических цепей по отношению к цепям питания и земли определяют два варианта компоновки цепей в кристалле - с открытым и закрытым структурным звеном (см. рис.5). Первый вариант характеризуется лучшим быстродействием, но худшей экранировкой. Второй вариант - наоборот. В силу критерия лучшей помехозащищенности к МКМ выбираем вариант закрытого структурного звена.
Логические цепи компонуются по слоям X и Y, причем между слоями в любых направлениях необходимо ввести экраны (земляные слои). Структура конструкции кристалла строится по принципу структурных звеньев.
Для перехода со слоя на слой используем переходные отверстия с обеспечением максимального КПД.
Также необходимо добавить в структуру кристалла специальные разделительные элементы (конденсаторы р-n структуры) для развязки элементов логической схемы по высокой и низкой частоте.
6. Расчет конструкции коммутационных элементов
6.1 Расчет среднего числа связей в логической цепи
Расчет производим по формулам (5.6), (5.8), (5.9) и сводим в таблицу 6.1
Таблица 6.1
УровеньИнтеграция Nцinсвiкомпоновки iИз таблицы 1 NiMimiKinili 43 i = 1101010,8562,4332,6921,2914352,45i = 22502544,3161,8032,9491,454812322,86i = 3400020168,941,3892,1191,2933407112,09i = 417500036848,5311,861,339232546051,98
6.2 Расчет средних длин связей и средних длин логических цепей
Произведем расчет средней длины связи и средней длины цепи по формулам (6.7) и (6.8) соответственно. При расчете используем интеграцию схемы Nmaxэффект и максимальную интеграцию БМК Nmaxmax, а также значения функционального объема Mi и Msi соответственно.
Размер кристалла Lкр=5,6 мм, коэффициент k=1/3.
Расчет шага размещения структурных элементов на внутренних уровнях компоновки МКМ ведется исходя из максимального числа элементов на текущем уровне Msi и конечных размерах кристалла.
Результаты сведены в таблицу 6.2:
Таблица 6.2
УровеньСхемная Max МКМкомпоновкиинтеграцияинтеграция NiMiNsiMsiKimiKоптinсвiai, ммlсвi, ммlцi, ммi = 1101014142,43310,91,772,450,010,010,03i = 225025312311,80344,31,952,860,0360,070, 19i = 34000204445221,3891691,922,090, 1990,320,68i = 4175000363480003618492,11,980,9331,773,51
6.3 Расчет трассировочной способности
Произведем расчет суммарной длины связей, которая определяется отдельно для каждого уровня компоновки (SLсвi) по формуле (6.9), а затем суммируются по кристаллу в целом (SLсвкр), при этом для кристалла БИС, суммирование длин связей имеет свои особенности:
SLсвi=lсвi*Nсвi - для внутренних уровнях МКМ (i=1,2,3)
SLсвi=lсвi*SNсвi - для внешнего уровня (i=4).
Расчет плотности трасс в кристалле (Птркр) производится по формулам (6.10) и (6.11) с учетом общей суммарной длины связей в кристалле, его площади и эффективности использования трасс равная 0,7.
Результаты расчетов сведены в таблицу 6.3:
Таблица 6.3
УровеньMax интегр
МКМКомпо-новкисмсм
см
см2
1/см
iNsiMsii = 1141435240,0335705845023i = 2312312321881,274892i = 344452271154317,600770i = 43480003646053756817,158817
Определим трассировочную способность. При расчетах используем ранее рассчитанные значения параметров, а также то, что кристалл СБИС является симметричным (квадратная форма KLi=1) и внешние контакты расположены равномерно по 4-ым сторонам (Cxi=Cyi=1/4).
В процессе расчета воспользуемся формулами (5.9), (6.6), (6.14-6.21), формулами на ст.102 и расчетной моделью конструкции, представленной в пункте 6.5.
Результаты расчетов сведены в таблицу 6.4:
Таблица 6.4
Уров. МКМкомпоновки i
трасс
смсмтрасстрасстрассмммкмi = 1100,558411672085104221212545039,9i = 2250i = 34000i = 4175000
Так как, в силу симметричности параметры одного направления проводников (X), полностью совпадают со значениями параметров другого направления (Y), то в таблице приведены параметры только для направления (Х).
Определим начальные значения проводников в конструкции кристалла по формулам:
- ширина Wпр=aтр/2,5…3
- толщина Wпр=Wпр/8…9
Принимаем значение коэффициентов 3 и 8 соответственно.
Результаты расчетов сведены в таблицу 6.5:
Таблица 6.5
Обозначение параметраПодложка МКМатр, мкм39,9Wтр, мкм15,9hтр, мкм1,99
Значения параметров, полученные в результате расчетов, могут уточнятся в процессе конкретного рабочего проектирования.
6.4 Расчет слойности, структуры и выбор числа потенциальных слоев
Число потенциальных слоев зависит от структуры кристалла. Структура кристалла зависит от числа потенциальных слоев.
Определим число потенциальных слоев, зная, что трассировка соединений осуществляется по всем уровням компоновки МКМ, кроме первого, на отдельных слоях металлизации.
Шаг размещения трасс по направлениям Х, У составляет атр x = атр y =2,6мкм, тогда на одном слое может быть размещено: 5,6*10-3/2,6*10-6=2154 трассы, при этом их средняя длинна равна: 2154*5,6*10-3=12 м.
Следовательно, анализируя рассчитанные значения и значения, полученные в табл.6.4, окончательно выбираем один слой (по одному направлению Х и У).
Однако, выше нами была выбрана структура кристалла закрытого типа, поэтому для экранирования используем слой питания и земли.
Окончательная структура кристалла имеет вид, представленного на рисунке 7.
7. Выбор и обоснование общей конструкции МКМ
7.1 Расчет числа выводов и определение типа корпуса МКМ
Большое число внешних выводов приводит к необходим?/p>