Проектирование быстродействующего устройства ЭВМ с интеграцией 50000 ЛЭ в объеме одной панели
Федеральное агентство по образованию
Государственное образовательное
учреждение высшего профессионального образования
Московский государственный институт
радиотехники, электроники и автоматики (технический университет)
Факультет ИТ
Кафедра вычислительной техники
Контрольная работа
по конструкторско-технологическому
обеспечению производства ЭВМ
на тему:
Проектирование быстродействующего
устройства ЭВМ с интеграцией 50000 ЛЭ в объеме одной панели
Выполнил: студент
группы ИТВ-1-07
Шумко Д.А.
Москва 2011
Оглавление
Введение
. Обоснование
выбора схемотехники, уровня технологии, параметров (топологии) базового
матричного кристалла
. Расчет
основных компоновочных параметров логической схемы
. Расчет
энергетических параметров (U, P, I)
. Описание принципов
обеспечения помехоустойчивости устройства
. Расчет
конструкции коммутационного элемента (слойности и ЭПМ)
. Выбор и
обоснование общей конструкции устройства
. Расчет
параметров системного и функционального быстродействия
. Выбор и
обоснование технических решений по конструкции соединителей для разъемного
монтажа
Заключение
Список
литературы
Приложение
Введение
Конструирование современных ЭВМ любого назначения представляет собой
сложный процесс разработки широкого спектра конструкторской документации на
элементы в частности БИС, функциональные узлы, блоки, устройства и ЭВМ в целом,
предназначенной для последующего изготовления и эксплуатации. Характер решаемых
задач в процессе разработки КД самый разнообразный: от задач по обеспечению
механической прочности, надежности и тепловых режимов в конструкциях до задач
по обеспечению заданного быстродействия, помехоустойчивости и электромагнитной
совместимости.
Общий процесс конструирования любого электронного изделия, в т.ч. и ЭВМ,
с целью конкретизации конструкторских задач условно можно представить как
состоящий из трех взаимосвязанных составных частей: конструирование
механической и электронной частей изделия и конструирование окружающей среды,
т.е. средств, обеспечивающих заданную температурную работоспособность изделия.
Конструирование механической части устройств ЭВМ, характеризуемое
традиционно как “механическое конструирование”, предназначено для решения задач
по обеспечению механической прочности и устойчивости конструкций к внешним
воздействующим факторам. Конструирование окружающей среды связано с
обеспечением надежного функционирования ЭВМ и предназначено для решения задач
по обеспечению вполне определенных тепловых режимов работы логических элементов
в устройствах. Такое конструирование характеризуется устоявшимся термином
“тепловое конструирование”.
Конструирование же электронной части ЭВМ имеет свои характерные
особенности. Они заключаются в том, что электронная часть предназначена для
выполнения главной функции ЭВМ, а именно, для обработки, обмена и получения
результатов вычислений по заданным алгоритмам и программам. Поэтому
конструирование электронной части связано с решением широкого спектра сложных
специфических задач по выбору оптимальных параметров логических элементов, по
компоновке и оптимальному выбору параметров конструкций ЭВМ, по обеспечению
быстродействия и помехоустойчивости линий связи в общей системе межсоединений и
многие другие. Все задачи взаимосвязаны и требуют для своего решения разработки
соответствующих методов, правил, принципов и критериев конструирования.
Определяющей задачей для электронного конструировования было
конструирование транзисторов и транзисторных схем (II - е поколение), затем, с
появлением ИС (III - е поколение), определяющей задачей стала компоновка узлов
и блоков на ИС и конструирование линий связи. Переход к широкому применению в
ЭВМ БИС и СБИС (IV - е, V - е поколение) привел к существенному изменению
принципов компоновки и появлению новых методов обработки информации, что не
могло не отразиться на изменении методов конструирования и компоновки
электронной части ЭВМ. При этом задача обеспечения заданного быстродействия,
помехоустойчивости и помехозащищенности устройств сохраняла свою определяющую
роль и значимость.
1. Выбор схемотехники, уровня технологии и параметров
базового матричного кристалла БИС
В этом разделе дается обоснование выбора типа схемотехники ЛЭ,
используемой в БИС, принципов построения структуры БМК, влияющих на размеры
кристалла, и значения основного параметра, характеризующего уровень технологии
кристаллов БИС, и находящегося в определенной взаимосвязи со степенью
интеграции.
При выборе типа схемотехники элементов исходили из возможности
обеспечения тепловых режимов в устройстве при заданном уровне интеграции.
При выборе уровня технологии и параметров структуры БМК особое внимание
уделялось вопросам эффективности использования интеграции кристалла, принципам
и условиям размещения проводников металлизации, уточнению значения итогового
максимального уровня интеграции ЛЭ на кристалле. Также учитывали, что в задании
дается значение максимального эффективного уровня интеграции устройства,
полностью используемого логической схемой, а не максимально возможного, которое
изначально может быть на БМК и влияет на его размеры.
Выбор
значения М2 и М3
Выбор
значения М2 и М3 осуществлялся методом подбора
Задано: Nmaxэффек=50000, i=1,2,3,4, МП-принцип, М1=10, М4=16
Расчет:
М1*М2*М3*М4=Nmaxэффек
М1*M4=10*16=160 элэ
M2*M3=Nmaxэффек/(M1*M4)=50000/160=312,5 элэ
M2*M3~630
Если М2=13, то M3=24
Примем:
М1=10, М2=13, M3=24, M4=16
Определение максимальной интеграции БИС
Логические элементы в кристаллах БИС используются со средней
эффективностью равной 0,5. При этом эффективность использования структурных
элементов по уровням компоновки равна:
для i=1:ЭЭ1=0,7
для i=2:ЭЭ2=0,8
для i=3:ЭЭ3=0,9
для i=4:
ЭЭ4=1
Nmaxmax=Nmaxэффект/Ээф=49920/0.504=99047
элэ
Максимальная интеграция рассчитывается по формулам:
.
Вычислим,
сведя результаты в таблицу 1:
В конструкциях устройств в однокорпусном БИС для СБИС используется в
соответствии с уровнем i=4
максимальная интеграция составит Nmaxmax=99047
Табл. 1
|
Уровень компоновки i
|
Схемная интеграция
|
Max интеграция
|
|
Ni
|
Mi
|
Nsi
|
Msi
|
|
i=1
|
10
|
10
|
14
|
14
|
|
i=2
|
130
|
13
|
232
|
16
|
|
i=3
|
3120
|
24
|
6190
|
27
|
|
i=4
|
49920
|
16
|
99047
|
16
|
Определение уровней полупроводниковой технологии (l) БИС
Оценочные размеры кристалла определяются по формуле:
l = 
l=1.13(мкм)
Выбор схемотехники
Строим БИС на основе схемотехники КМОП. Обоснование выбора схемотехники
приведено при расчете энергетических характеристик.
Базовыми логическими элементами в КМОП-схемотехнике являются инвертор;
логические схемы И-НЕ, тактируемый двунаправленный ключ. Приведем их
принципиальные схемы:
Рис. 1.
Принципиальная схема 4-х входового элемента И-НЕ
2. Расчет основных компоновочных параметров логической схемы
БИС
Эта глава содержит расчет ряда параметров, являющихся для конструкции
устройства базовыми (исходными), определяемыми только логической схемой и
заложенными в ней методами и принципами компоновки элементов. К ним относятся
параметры, характеризующие: функциональный объем (общую интеграцию устройства),
число входных и выходных внешних контактов и соотношение между ними,
быстродействие, определяемое на этом этапе числом каскадов ЛЭ в цепи обработки,
нагрузочные способности линий связи (число связей в цепи), принципы компоновки
элементов в логических схемах. Эти параметры определяются с учетом принципов
структуризации и моделирования логической схемы устройства.
Для расчета основных компоновочных параметров использовались базовые
компоновочные соотношения, отражающие системную взаимосвязь между ними и
принципы компоновки элементов на каждом компоновочном уровне, приведенные в
Учебном Пособии «Основы компоновки и расчета параметров конструкций» Результаты
расчетов в таблице 2.
Табличные представления результатов компоновки и расчета значений
компоновочных параметров логической схемы устройства по заданным исходным
данным, полученные с использованием формул.
Табл. 2
|
Уровень компоновки i
|
Интеграция
|
Основные компоновочные параметры
|
|
Ni
|
Mi
|
mi
|
hi
|
Hi
|
Ki
|
ri
|
ril
|
li
|
ni
|
pi
|
qi
|
|
i = 1
|
10
|
10
|
10
|
2
|
2
|
2,347
|
1.625
|
0.238
|
1
|
2
|
0.6
|
0.2
|
|
100
|
100
|
28
|
4
|
4
|
1,880
|
2.120
|
0.359
|
2
|
5
|
0.7
|
0.3
|
|
1000
|
1000
|
78
|
7
|
7
|
1,488
|
2.512
|
0.431
|
4
|
12
|
0.7
|
0.3
|
|
10000
|
10000
|
217
|
11
|
11
|
1,178
|
2.822
|
0.477
|
8
|
26
|
0.7
|
0.3
|
|
25000
|
25000
|
327
|
13
|
13
|
1,073
|
2.927
|
0.490
|
11
|
35
|
0.7
|
0.3
|
|
50000
|
50000
|
447
|
14
|
14
|
1.000
|
3.000
|
0.500
|
14
|
44
|
0.8
|
0.3
|
|
i = 2
|
130
|
13
|
22
|
2
|
6
|
1,830
|
1.544
|
0.214
|
1
|
2
|
0.6
|
0.2
|
|
1000
|
100
|
78
|
4
|
11
|
1,488
|
1.877
|
0.307
|
2
|
4
|
0.7
|
0.2
|
|
5000
|
500
|
160
|
7
|
17
|
1,263
|
2.111
|
0.357
|
3
|
6
|
0.7
|
0.3
|
|
10000
|
1000
|
217
|
8
|
20
|
1,178
|
2.197
|
0.374
|
3
|
8
|
0.7
|
0.3
|
|
25000
|
2500
|
327
|
10
|
25
|
1,073
|
2.301
|
0.394
|
4
|
11
|
0.7
|
0.3
|
|
50000
|
5000
|
447
|
12
|
29
|
1,000
|
2.375
|
0.407
|
5
|
13
|
0.7
|
0.3
|
|
i = 3
|
3120
|
24
|
129
|
3
|
23
|
1,325
|
1.505
|
0.201
|
1
|
2
|
0.6
|
0.2
|
|
6500
|
50
|
179
|
4
|
29
|
1,230
|
1.600
|
0.231
|
1
|
2
|
0.6
|
0.2
|
|
13000
|
100
|
244
|
5
|
36
|
1,147
|
1.683
|
0.255
|
1
|
3
|
0.6
|
0.2
|
|
26000
|
200
|
333
|
6
|
44
|
1,069
|
1.761
|
0.276
|
2
|
3
|
0.6
|
0.2
|
|
39000
|
300
|
400
|
7
|
50
|
1,027
|
1.804
|
0.287
|
2
|
4
|
0.6
|
0.2
|
|
50050
|
385
|
447
|
8
|
53
|
1,000
|
1.830
|
0.293
|
2
|
4
|
0.6
|
0.2
|
|
i = 4
|
3120
|
1
|
139
|
1
|
33
|
1,325
|
1.000
|
0.000
|
1
|
1
|
0.5
|
0
|
|
9360
|
3
|
211
|
1
|
39
|
1.140
|
0.065
|
1
|
1
|
0.5
|
0.1
|
|
18720
|
6
|
287
|
2
|
52
|
1,105
|
1.221
|
0.099
|
1
|
1
|
0.5
|
0.1
|
|
28080
|
9
|
345
|
2
|
61
|
1,060
|
1.265
|
0.117
|
1
|
1
|
0.6
|
0.1
|
|
37440
|
12
|
392
|
2
|
69
|
1,030
|
1.296
|
0.129
|
1
|
1
|
0.6
|
0.1
|
|
49920
|
16
|
446
|
3
|
77
|
0.999
|
1.325
|
0.140
|
1
|
1
|
0.6
|
0.1
|
3. Расчет энергетических параметров БИС
В расчете учтена зависимость уровня технологии кристалла БИС и числа
элементов в общем объеме устройства. К основным энергетическим характеристикам,
подлежащих расчету, относятся: напряжение питания, токовая нагрузка и
потребляемая мощность. В расчете учтено, что такие параметры как напряжение
питания и потребляемая мощность (в расчете на 1 ЛЭ) с ростом степени интеграции
элементов на кристалле (а значит с повышением технологического уровня) могут
уменьшаться и при определенном уровне технологии будут характеризоваться новыми
значениями, отличными от значений при одном ЛЭ, принятым за основу. При этом
полученные новые значения напряжения питания должны вписываться в стандартизованный
ряд значений (напр., 5В; 4,5В; 3,5В; 3В и т.д.).
Рассчитаем мощность, потребляемую одним ЛЭ, задержку и напряжение:
Pлэ=0,14*l7/6=0,14*1,13 7/6=0,16мВт
Uлэ=3,6*Öl»3.8(В)
Iлэ=0,6*l1.75=0,6*1,13.75=0,74нс
Принимаем UБЛЭ=4,5В, тогда
IБЛЭ=P/U=0,16/3,8=0,042мА
Зная, заданную максимальную эффективную интеграцию и энергетические
параметры одного ЛЭ, определим параметры всей БИС:
PБИС=0,16*49920=7987мВт=0,8Вт
IБИС=0,042*49920=2096мА=0,21А
Анализируя параметры рассеивания мощности для КМОП, ТТЛ и ЭСЛ видно,
РТТЛ =1*l7/6 РЭСЛ
=3*l7/6 PКМОП=0,14*l7/6
tТТЛ =0,7*l1.75 tЭСЛ =0.3*l1.75 tКМОП=0,6*l1.75
что РТТЛ и РЭСЛ в 5-20 раз выше, чем PКМОП, при этом возникает не решаемая
проблема отвода тепла. Следовательно, в качестве схемотехники БИС выбираем КМОП
технологию.
4. Описание принципов обеспечения помехоустойчивости БИС
Этот раздел содержит основные правила проектирования устройства,
связанные с подавлением непреднамеренных помех, возникающих в линиях связи и
цепях питания и земли. В разделе следует описать причины появления помех и
сформулировать требования к конструкциям, обеспечивающие снижение уровня 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 i
|
Интеграция
|
Из таблицы 3
|
SNцi
|
SNсвi
|
nсвi
|
|
Ni
|
Mi
|
mi
|
Ki
|
ni
|
li
|
|
|
|
|
i = 1
|
10
|
10
|
11
|
2,4
|
3
|
1
|
14
|
35
|
2,5
|
|
i = 2
|
130
|
13
|
32
|
1,8
|
3
|
1
|
50
|
591
|
2,3
|
|
i = 3
|
3120
|
24
|
130
|
1,3
|
2
|
1
|
316
|
271
|
2,3
|
|
i = 4
|
49920
|
16
|
446
|
1,0
|
2
|
1
|
1376
|
960
|
1,6
|
Расчет средних длин связей и средних длин логических цепей
Расчет производится по методике, представленной в Результаты расчета
приведены в таблице 4.
Табл. 4
|
Уровень компоновки
|
Схемная интеграция
|
Max интеграция
|
|
МПП ФБ
|
|
Ni
|
Mi
|
Nsi
|
Msi
|
Ki
|
mi
|
Kоптi
|
nсвi
|
ai, мм
|
lсвi, мм
|
lцi, мм
|
|
i = 1
|
10
|
10
|
14
|
14
|
2,4
|
11
|
1,8
|
2,5
|
0,06
|
0,09
|
0,22
|
|
i = 2
|
130
|
13
|
232
|
16
|
1,8
|
32
|
1,8
|
2,3
|
0,24
|
0,35
|
0,83
|
|
i = 3
|
3120
|
24
|
6190
|
27
|
1,3
|
130
|
1,9
|
2,3
|
0,96
|
1,70
|
3,96
|
|
i = 4
|
49920
|
16
|
99047
|
16
|
1,0
|
446
|
1,9
|
1,6
|
9,97
|
13,95
|
22,76
|
Расчет трассировочной способности
Расчет производится по методике, представленной в Учебном пособии «Основы
компоновки и расчета параметров конструкций» Результаты расчета приведены в
таблице 5.
Табл. 5
|
Уровень компоновки i
|
Max интеграция
|
МПП ФБ
|
|
|
      , Ni
|
lсвi, мм
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Nsi
|
Msi
|
|
|
см
|
см
|
см
|
см2
|
1/см
|
|
|
|
i = 1
|
14
|
14
|
35
|
24
|
0,22
|
69
|
249
|
0,247
|
1441
|
10
|
0,09
|
|
i = 2
|
232
|
16
|
118
|
86
|
3,04
|
73
|
|
|
|
130
|
0,35
|
|
i = 3
|
6190
|
27
|
631
|
501
|
107,37
|
107
|
|
|
|
3120
|
1,70
|
|
i = 4
|
99047
|
16
|
1566
|
1118
|
1565,58
|
1566
|
1566
|
16
|
196
|
49920
|
13,95
|
Расчет трассировочной способности и слойности коммутационных элементов по
методу представленному в Учебном пособии «Основы компоновки и расчета
параметров конструкций», результат сведен в таблицу 6
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).
Табл. 6
|
Уровень компоновки i
|
МПП ФБ
|
|
   ,см ,см ,трасс. ,трасс. ,трасс. ,трасс. ,трасс. ,слои
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
i = 1
|
10
|
0,7
|
249
|
356
|
716
|
358
|
423
|
-
|
-
|
1
|
|
i = 2
|
130
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
i = 3
|
3120
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
i = 4
|
49920
|
0,5
|
1565
|
3131
|
783
|
391
|
615
|
154
|
16
|
10
|
Определим начальные значения проводников в конструкции кристалла по
формулам:
·
ширина Wпр=aтр/2,5…3
·
толщина hпр=Wпр/8…9
Принимаем значение коэффициентов 3 и 9 соответственно.
Результаты расчетов сведены в таблицу 7.
Табл. 7
|
Обозначение параметра
|
Кристалл БИС
|
МПП ФБ
|
|
атр, мкм
|
11,74
|
250
|
|
Wтр, мкм
|
3,91
|
83,33
|
|
hтр, мкм
|
0,43
|
9,26
|
Значения параметров, полученные в результате расчетов, могут уточняться в
процессе конкретного рабочего проектирования.
. Выбор и обоснование общей конструкции панели
Исходя из поставленный задачи, необходимо разработать многокристальный
модуль на безкорпусных БИС. Ранее мы получили такие данные как размер кристалла
и количество внешних выводов. Шаг расположения корпусных БИС = 38мм. В нашем
случае количество корпусных БИС на последнем уровне компоновки будет составлять
4х4. Следовательно габаритные размеры
МПП Д= 38*6 = 228
Общее число внешних выводов ПАНЕЛИ = 500. Средства по выводу внешних
сигнальных цепей располагаются по двум крайним вертикальным сторонам ПАНЕЛИ. А
средства для подвода силовых цепей (питания и земли) будут распологаться по
двум крайним горизонтальным сторонам панели. Общее число внешних выводов БИС =
144. Габаритный размер корпуса
Б = 144/4*0.5+0.5*2 = 19/
Электромонтаж внутренних логических цепей в панелях
Защита ПАНЕЛИ
ПАНЕЛЬ подвергается воздействию внешней агрессивной среды, которая может
существенно снизить рабочие характеристики. Для защиты печатной платы и мест
пайки от влаги ТЭЗ покрывается лаком УР-231
Топология МПП ПАНЕЛИ
Для того чтобы, развести большое количество выводов кристалла, необходимо
применить многослойную структуру.
Проведем оценку количества слоев, исходя из задания, 2 проводника в шаге
отверстий 1,25мм. Получаем 32 слоя, с учетом питания и земли.
7. Расчет параметров системного и функционального
быстродействия БИС
Расчет производится по методике, представленной в Учебном пособии «Основы
компоновки и расчета параметров конструкций» Результаты расчета приведены в
таблице 8.
Табл.8
|
Обозначение параметра
|
Кристалл БИС
|
|
лэ, нс
|
0,2
|
|
Rвых, Ом
|
1338,33
|
|
ρ0Al, Ом·мм
|
3·10-5
|
|
R0,Ом/мм
|
17,62
|
|
C0, пф/мм
|
0,3
|
Все цепи кристалла рассматривались применительно к КМОП - элементам как
RC - цепи и время задержки сигнала в них (tцi).
При расчете задержки сигнала в логических цепях учитывались ограничения
на топологические нормы проектирования БИС.
Wпр ³ 1,5*l, получим
3,91 ³ 1,5*1,13 , т.е. 3,65 ³ 1,70(верно)
hпр ³ 0,2*l, получим 0,43 ³ 0,2*1.13 , т.е. 0,43 ³ 0,23(верно)
Результаты расчетов параметров системного быстродействия представлены в
таблице 9:
Табл. 9
|
Уровенькомпоновкиi
|
Схемнаяинтеграция
|
Max интегр.
|
  ,ЭЛЭБИС
|
|
|
|
 ,ЭЛЭ  ,ЭЛЭ ,мм ,нс ,нс ,нс ,нс ,ГГц
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
i = 1
|
10
|
10
|
14
|
2
|
2
|
0,22
|
0,09
|
0,090
|
0,2
|
0,30
|
3,34
|
|
i = 2
|
130
|
13
|
232
|
3
|
7
|
0,83
|
0,17
|
0,160
|
0,2
|
0,37
|
2,71
|
|
i = 3
|
3120
|
24
|
6190
|
4
|
23
|
3,96
|
1,63
|
0,408
|
0,2
|
0,62
|
1,62
|
|
i = 4
|
49920
|
16
|
99047
|
3
|
77
|
22,83
|
4,58
|
0,603
|
0,2
|
0,81
|
0,73
|
Заключение
В данном курсовом проекте была выполнена разработка ПАНЕЛИ на БИС с
интеграцией 50000 ЭЛЭ. Полученная на этапе проектирования ПАНЕЛЬ на БИС
удовлетворяет всем условиям, заданным в ТЗ, что делает ее актуальной для
использования в настоящее время.
Список литературы
1.
Микитин В.М.,
Смирнов Н.А., Тювин Ю.Д. Электронное конструирование ЭВМ. Осно-вы компоновки и
расчета параметров конструкций: Учебное пособие / Моск. гос. ин-т радиотехники,
электроники и автоматики (технический университет).- М.: 2000.
2. Преснухин Л.Н., Шахнов В.А.
Конструирование электронных вычислительных машин и систем. Учеб. для втузов по
спец. "ЭВМ" и "Конструирование и производство ЭВА".- М.:
Высш.шк., 1986.
3. Савельев А.Я., Овчинников В.А.
Конструирование ЭВМ и систем: Учеб. для вузов по спец. "Выч. маш., компл.,
сист. и сети". 2-е изд., перераб. и доп. - М.: Высш.шк., 1989.
4. Применение интегральных микросхем в
электронной вычислительной технике: Справочник / Р.В. Данилов, С.А. Ельцова,
Ю.П. Иванов, В.М. Микитин и др.; Под ред. Б.Н. Файзулаева, Б.В. Тарабрина.- М.:
Радио и связь, 1987.
5. Конспект лекций по курсу “КТО
производства ЭВМ”, М.: МИРЭА
Приложение
а) Схема электрическая принципиальная БЛЭ БИС (КМОП 4И-НЕ)
б) Топологический чертеж БМК БИС
в) Чертеж общего вида устройства ПАНЕЛИ
.
МПП ПАНЕЛИ
.
корпусная БИС
.
соединитель для подвода (вывода) внешних логических цепей ПАНЕЛИ
.
узел подвода силовых цепей (питания и земли)
.
зона расположения корпусных БИС