Базовые матричные кристаллы

Базовые Матричные Кристаллы, как и ПЛМ и ПМЛ, позволяют с малыми экономическими затратами реализовать нестандартную схемную логику. Созданная по этой технологии ИС называется Матричной Большой Интегральной Схемой (МаБИС). Использование БМК основано на том, что любое сложное устройство состоит из стандартных функциональных частей, таких как: логические или схемотехнические элементы, буферы, усилители и т.д. Для обеспечения требуемой функциональности предусматривается изготовление на кристалле БМК избыточного количества таких частей без обеспечения их коммутации. Окончательная же функциональность определяется на заключительных этапах производства МаБИС с помощью создания нескольких слоев коммутации, наносимых на стандартную заготовку. Таким образом, заказчик микросхемы с нестандартной логикой индивидуально оплачивает только часть дорогостоящей подготовки к мелко или среднесерийному производству, в то время как большая часть издержек на изготовление масок делится на всех заказчиков. Такой подход нашел широкое применение с середины 70-х годов. В нашей стране выпускаются БМК семейств семейства 1806ХМ1, 1515ХМ1, 1593ХМ1, 1537ХМ1, 1592ХМ1.

Обобщенная структура БМК показана на рисунке 3.

Рисунок 3 – Структура БМК

Заготовка БМК состоит из макроячеек, содержащих регулярно повторяющиеся базовые ячейки. Состав и взаимное расположение базовых ячеек выполняется таким образом, чтобы реализация стандартных компонентов, называемых в данной технологии функциональными ячейками, могла быть выполнена максимально эффективно. Между макроячейками располагаются свободные участки кристалла, необходимые для прокладки трасс межсоединений. На периферии кристалла располагаются буферные ячейки, содержащие усилители, шинные формирователи и т.д.. В непосредственной близости от них располагаются контактные площадки для электрического соединения внутренних цепей с выводами микросхемы.

При совершенствовании функциональных возможностей БМК были использованы следующие принципы:

- наращивание количества БЯ в макроячейках и количество макроячеек на кристалле;

- усложнение блоков ввода/вывода (добавление буферов, шинных формирователей, введение двунаправленных выводов и выводов с третьим состоянием);

- введение в структуру БМК законченных функциональных блоков (ОЗУ, ПЗУ и т.д.);

- применение программируемых точек связи совместно с реализацией матриц коммутации и памяти конфигурации позволяет перепрограммировать функциональность и связность частей БМК.

Совершенствование технологии БМК привело к появлению Программируемых Пользователем Вентильных Матриц (ППВМ, Field Programmable Gate Arrays, FPGA). Вместе с этим, из-за невысокой стоимости и достаточно высокого быстродействия, производство структур БМК и ПЛМ/ПМЛ продолжается, а их использование не утратило актуальности.

Помимо указанных двух направлений, т.е. ИС типа FPGA и CPLD, выпускаются ПЛИС, отличающиеся типом программируемых связей (Рисунок 4). Программирование связности частей ПЛИС выполняется с помощью многочисленных линий, проложенных в ортогональных направлениях и соединенных программируемыми точками связи. Однократно программируемые ПЛИС выпускаются с программируемыми точками связи на основе пережигаемых перемычек antifuse, ячеек EPROM-OTP памяти. Такие устройства обладают многими достоинствами: низкой стоимостью, повышенной устойчивостью к воздействию радиации, быстрой готовностью при включении, повышенной секретностью проектов и другими.

Рисунок 4 – Классификация ПЛИС по типу программируемых связей

Среди ПЛИС с репрограммируемыми связями наиболее распространены устройства на основе триггерной памяти конфигурации (Рисунок 5). В других типах ПЛИС используются элементы на основе EPROM памяти с ультрафиолетовым стиранием и EEPROM.

Рисунок 5 – Программируема точка связи на основе статической памяти

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском: