Проектирование быстродействующего устройства ЭВМ с интеграцией 50000 ЛЭ в объеме одной панели
Контрольная работа - Компьютеры, программирование
Другие контрольные работы по предмету Компьютеры, программирование
ня помех до допустимых норм.
К числу основных требований, которые отражены в разделе, относится: выбор достаточного числа контактов питания и земли в конструкциях кристалла БИС, выбор соответствующих принципов построения структуры многоуровневых коммутационных элементов, правил размещения и экранировки межсоединений, использование определенных правил проектирования и трассировки линий связи в коммутационных элементах, применения соответствующих критериев выбора электрических параметров ЛС.
Обеспечение помехоустойчивости является одним из самых важных факторов при проектировании устройств ВТ. Для правильного функционирования БИС 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 БИС 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 БИС. 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 БИС достигается конструктивными особенностями, среди которых одинаковое и достаточное число контактов земли и питания;
Проведем расчет числа контактов питания и земли.
Общее число внешних контактов БИС может быть рассчитано по формуле:
mобщБИС=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:
mобщБИС=mi+mi/(3*(Ki+1))
Подставляя значения из таблицы, получим:
mобщБИС=446+446/(3*(1+1))=520 шт
Считаем, что
mE0=mE1, тогда mE0=mE1=74/2=37 шт
В итоге, mобщБИС=446+37+37=520 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.
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.4). Первый вариант характеризуется лучшим быстродействием, но худшей экранировкой. Второй вариант - наоборот. В силу критерия лучшей помехозащищенности к БИС 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 трасс.
схемотехника топология кристалл помехоустойчивость
5. Расчет конструкции коммутационного элемента БИС
Этот раздел включает в себя расчеты следующих параметров:
- расчет габаритных размеров;
- расчет среднего числа связей в логической цепи;
- расчет средней длины связи;
- расчет трассировочной способности и слойности;
- выбор числа потенциальных слоев;
- расчет структуры и ее параметров.
Указанные расчеты учитывают результаты выбора и расчета параметров на более ранних этапах проектирования, а также требования по обеспечению помехоустойчивости линий связи.
При выборе габаритных размеров коммутационных элементов необходимо было учтено как уровень интеграции и число элементов, так и число внешних контактов (включая контакты питания и земли) и требования по плотности компоновки, вытекающие из заданного критерия качества конструкции.
Расчет габаритных размеров БМК БИС
Линейный размер БМК БИС равен:
Расчет среднего числа связей в логической цепи.
Расчет производится по методике, представленной в Учебном пособии Основы компоновки и расчета параметров конструкций Результаты расчета приведены в таблице 3.
Табл. 3
Уровень компоновки iИнтеграцияИз таблицы 3SNцiSNсвinсвiNiMimiKinilii = 11010112,43114352,5i = 213013321,831505912,3i = 33120241301,3213162712,3i = 449920164461,02113769601,6
Расчет средних длин связей и средних длин логических цепей
Расчет производится по методике, представленной в Результаты расчета приведены в таблице 4.
Табл. 4
Уровень компоновкиСхемная интеграцияMax интеграцияМПП ФБNiMiNsiMsiKimiKоптinсвiai, ммlсвi, ммlцi, ммi = 1101014142,4111,82,50,060,090,22i = 213013232161,8321,82,30,24