Сверхбольшие КМОП БМК с возможностями приемки проектов, реализованных на ПЛИС Текст научной статьи по специальности «Компьютерные и информационные науки»

Секция проектирования приборов, микросхем

и микросистем

УДК 621.3.049.77.037.33

В.М. Самохвалов, В.Р, Сизов, Б.Л. Симонов, А.Р. Тизенберг

СВЕРХБОЛЬШИЕ КМОП БМК С ВОЗМОЖНОСТЯМИ ПРИЕМКИ ПРОЕКТОВ, РЕАЛИЗОВАННЫХ НА ПЛИС

ОАО «Ангстрем»,

103460, Моста, Южная Промзона, ОАО «Ангстрем», тел.: 5328102, факс: 5313270, e-mail: si mono vaangstrem. г и

Семейство базовых матричных кристаллов (БМК) семейства 1592ХМх предназначено для построения сложных цифровых и микропроцессорных устройств общего и специального применения с рабочей частотой до 50 МГц. Основой семейства является единый технологический процесс изготовления КМОП-схем с двумя уровнями металлизации с технологическими нормами 1,2 мкм. Все кристаллы семейства выполнены по принципу “море вентилей’’ на основе неском-мутированных четырехтранзисторных ячеек с единой конструкцией библиотечных элементов и отличаются только размером ядра и количеством элементов ввода -вывода.

Старшим представителем семейства КМОП БМК 1592ХМ\ является кристалл J592XM1 размером 10.47x10.47 мм2 содержащий 100.000 ячеек ядра и 232 площадки ввода - вывода.

Основные эксплуатационные параметры приведены в табл.1.

Библиотека элементов ядра

Библиотека ядра семейства вентильных матриц 1592ХМх содержит в настоящее время более 170 элементов следующих категорий:

• комбинационная логика

• усилители тактового сигнала

• элементы с тремя состояниями

• триггеры-зашелки, D-триггеры, JK-триггеры, RS- триггеры

• фрагменты сумматора, сумматора-вычитателя, синхронного счетчика

• дешифраторы, мультиплексоры

Элементы библиотеки ядра построены по принципу полной буферизации, при котором ни один входной вывод библиотечного элемента не связан электрически ни с одним внутренним выходом и ни один внешний выход не связан электрически ни с одним внутренним входом. Применение данного принципа позволяет упростить процесс проектирования и повысить достоверность проекта.

Все библиотечные элементы были аттестованы с применением программы SPICE на транзисторном уровне с последующей проверкой достоверности результатов при изготовлении тестового кристалла.

Таблица

Параметры Минимум Максимум

Напряжение питания 4.5В 5.5В

Низкий уровень входного напряжения, УН 1

СМОБ-вход -0.5 В 0.3хУс1с1

ТТЬ-вход -0.5 В 0.8 В

Высокий уровень входного напряжения, \'Нт

СМ05-вход 0.7хУсМ УсШ+0.5 В

ТТЬ-вход 2.0 В УсМ+0.5 В

Емкость площадок ввода- вывода:

вход 4.0 пФ 4.2 пФ

выход 3.8 пФ 4.4 пФ

вход - выход 4.0 пФ 4.5 пФ

Рабочая температура -60° С 85° С

Среднее время задержки иллюстрируется рис.1.

0.8 пэес

Рис.1

Библиотека элементов ввода - вывода

Библиотека ядра семейства вентильных матриц 1592ХМх содержит в настоящее время более 60 элементов следующих категорий:

• КМОП и ТТЛ выходы различной мощности

• КМОП и ТТЛ выходы с тремя состояниями различной мощности

• КМОП и ТТЛ входы-выходы с тремя состояниями различной мощности

• инвертирующие и неинвертирующие КМОП входы

• инвертирующие и неинвертирующие ТТЛ

• входы с триггером Шмитта

• буферы тактового сигнала

• ячейки кварцевых генераторов

Для снижения уровня помех внутри кристалла и на выходе применена система разделения питания. Кристалл 1592X1441 содержит 32 фйксированныых вывода шин земли и питания. При необходимости количество выводов питания может изменяться в зависимости от мощности, потребляемой микросхемой.

Средние времена задержек для элементов ввода и вывода приведены на следующем рис.2.

1.1 nsec —.2^. ^ 5 5 nsec

Рис.2

Встраиваемые модули

Для расширения функциональных возможностей и области применения схем на основе БМК семейства 1592ХМх созданы подсистемы автоматической компиляции блоков ОЗУ и ПЗУ с заданными значениями по количеству слов и разрядности. Блоки ОЗУ и ПЗУ создаются из базовых транзисторов ячеек ядра и могут располагаться в любом месте кристалла. Создание всех необходимых представлений блоков в базе данных проекта производится автоматически. Пользователю необходимо заполнить простую форму, указав необходимые ему параметры блока.

Основные параметры генерируемых блоков представлены в табл.2.

Блок ОЗУ или ПЗУ максимального размера занимает около ]2% площади ядра кристалла 1592ХМ1 и для увеличения количества слов или разрядности можно использовать несколько блоков.

Маршрут проектирования

БМК семейства 1592ХМх и соответствующие библиотеки разработаны в среде проектирования системы CADENCE, в которой имеются все средства создания и верификации проекта. Для обеспечения альтернативного маршрута проектирования схем на основе БМК семейства 1592ХМх созданы базы данных библиотек с временными параметрами для системы OrCAD, функционирующей на персональных компьютерах. При этом разработчик может пользоваться либо собственными программными средствами верификации проекта, либо системой моделирования цифровых схем WinASCT, разработанной в ОАО "Ангстрем".

Таблица 2

Параметр ОЗУ ПЗУ

Минимальное количество слов 8 32

Максимальное количество слов 256(16 разрядов) 512

Максимальная разрядность 32 (128 слов) 32

Время доступа по чтению для блока максимального размера (нсек) 12 12

Размер максимального блока (мм2) 8,1 7.9

ОАО “Ангстрем” обеспечивает прием заказов на проектирование топологии схем на основе БМК в следующих представлениях:

• проект, выполненный в базисе библиотек семейства 1592ХМх;

• проект, представленный на поведенческом уровне в языках УНГ)Е и Уег-ЛоеНОЬ;

• проект, выполненный на ПЛИС различных фирм;

• техническое задание на разработку схемы.

Учитывая широкое распространение ПЛИС при проектировании первых образцов изделий, в ОАО «Ангстрем» разработан комплект программного обеспечения, позволяющий производить автоматизированный перевод проектов, выполненных на ПЛИС, в базис библиотек семейства 1592ХМх.

Заказчик -

Библиотека 1592ХМх ТЗ на разработку Синтез из VHDL VerilogHDL Синтез из ПЛИС

«—Ангстрем

Формирование базы данных

Т.

Моделирование и верификация

Заказчик

X

ьн

ОЄІ

т

Предварительный просмотр проекта

Ангстрем

Ангстрем

Ангстрем

Проектирование топологии и

верификация Г*

— Ангстрем

Заказчик

Финишный просмотр проекта ■«--- Ангстрем

Изготовление образцов

В табл.З приведены основные характеристики пакетов.

Таблица 3

ПЛИС Поддерживаемые библиотеки Формат описания проекта Формат описания тестов

X1UNX -Foundation Series Base PC ХС 2000, ХС 3000, ХС 4000, ХС 4000Е XNF, программа LCA2XNF, ver. 5.2.1 TVS

ACTEL-Actel Designer на платформах Cadence, Syn-opsys, View-logic библиотеки View-Logic -ACT 2, 1200XL, ACT 3, ACT 3200 DX Edif 2.0, версия программы VIEWlogic’s edif-net (ver. 5.00) CMD или GEN

ALTERA -MAX+plus II Ver, 6.2 с применением языка AHDL FLEX 8000, FLEX 10K, MAX5000, MAX 7000-7000S, MAX9000 Edif 2.0, версия программы «Altera EDIF 5.0» VEC

Пакеты программ ASCT-Xilinx, ASCT-Actei и ASCT-Altera предназначены

для:

• трансляции описания проектов и тестовых воздействий на них из систем проектирования ПЛИС фирм X1LINX, Acte) Corporation и ALTERA в систему логического моделирования микропроцессорных СБИС WinASCT;

• логического моделирования проектов в системе WinASCT в библиотеках систем проектирования ПЛИС фирм XILINX, Actel Corporation и ALTERA для получения эталонных результатов в системе WinASCT;

• автоматизированного перевода проектов в библиотечный базис БМК

1592ХМх;

• моделирования и отладки проектов в системе WinASCT в режиме сравнения результатов с эталонными;

• передачи информации об аттестованном проекте в систему топологического проектирования;

• повторного временного логического моделирования с учетом топологических задержек перед передачей проекта.

• Реализованный на фирме ОАО «Ангстрем» маршрут перепроектирования БИС, выполненных в системах проектирования ГШИС фирм XILJNX. Actel Corporation и ALTERA, в полузаказные кристаллы фирмы ОАО «Ангстрем» состоит из следующих основных этапов.

• Трансляция описания проекта, переданного из системы проектирования ПЛИС в указанных форматах в стандартный текстовый файл описания структур -STR - формат.

• Трансляция тестовых воздействий и эталонных реакций, переданных из системы проектирования ПЛИС в указанных форматах в стандартный текстовый файл описания тестовых воздействий и эталонных реакций - TES - формат.

• Отладка проекта в системе WinASCT в библиотеке ПЛИС в режиме сравнения до получения совпадения результатов с эталонами.

• Перепроектирование проекта в заданный полу заказ ной кристалл, включающее доработку схем замены библиотечных элементов ПЛИС для заданного кристалла, формирование STR-файла в заданном базисе логических элементов, коррекцию схемы с учетом особенностей ПЛИС и БМК и временных соотношений.

• Моделирование проекта в режиме сравнения в указанных выше библиотеках до получения совпадения результатов с эталонами.

Выходной информацией всех систем является комплект файлов согласно стандарту фирмы ОАО «Ангстрем», описание списка цепей с одним (или несколькими) из форматов Veriiog, VHDL или Edif 2.0, описание тестовых воздействий с эталонными реакциями в формате Veriiog и YHDL.

УДК 621.382

А.Н. Бубенников, В.В. Ракитин, А.В. Зыков, С.Б. Блинник

МАСШТАБИРОВАННЫЕ БИПОЛЯРНЫЕ КОМПЛЕМЕНТАРНЫЕ ТРАНЗИСТОРНЫЕ СТРУКТУРЫ С НЕЛЕГИРОВАННОЙ БАЗОЙ ДЛЯ НИЗКОВОЛЬТНЫХ МИКРОМОЩНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ УБИС

Московский физико-технический институт (гос. университет), 141700, Долгопрудный, Институтский, 9, факс: (095) 5765364, e-mail: abubenn@amber.arp.mipt.ru

Конкуренция двух базовых направлений развития технологии и схемотехники - БИС-биполярного и МОП (КМОП) происходила в течение трех десятилетий (1960-1980 годы). Однако уже 90-е годы - это период, когда «рабочей лошадкой» цифровых СБИС и УБИС широкой номенклатуры стали разнообразные глубоко-субмикронные КМОП технологии и соответствующие микромощные схемотехники с прогрессирующим использованием низковольтных напряжений питания [1,2]. Главным ограничением биполярного направления развития биполярных СБИС и