Конструкция быстродействующего устройства ЭВМ с интеграцией 50000 ЛЭ, страница 3

P / S  [ P_S ] ,

где : P = P_{кр факт}^СБИС, Вт;

S – площадь корпуса СБИС, см²;

P_S – плотность, Вт/см² (выбирается из таблицы 4.2.).

Выражая отсюда площадь, получим: S  P / P_S

Из пункта 7.2. берём площадь корпуса: 5,7 см * 5,7 см = 32,04 см ²

Выберем принудительную воздушную систему охлаждения ( P_S < 1,0 ):

32,04  7,2 / 1,0  32,04  7,2 (выполняется).

Т.е. можно заключить, что установив на разработанную корпусную СБИС пассивный радиатор и/или вентилятроную систему воздухообмена, можно обеспечить её нормальное функционирование в составе более сложной системы.

5. Обеспечение помехоустойчивости конструкции

Мероприятия по улучшению помехозащищенности устройства необходимы для обеспечения нормального функционирования устройства в целом. 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.

1. Во избежание наводок по линиям питания и земли на логические цепи необходимо распределить контакты земли и питания.

2. Для обеспечения экранирования и упрощения топологии питания и земли выполним эти уровни 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. В силу критерия лучшей помехозащищенности выбираем вариант закрытого структурного звена. Логические цепи компонуются по слоям X и Y, причем между слоями в любых направлениях необходимо ввести экраны (слои «земли»). Структура конструкции кристалла строится по принципу структурных звеньев. Для перехода со слоя на слой используем переходные отверстия с обеспечением максимального КПД.

3. В рамках схемотехнического решения проблемы необходимо добавить в структуру кристалла специальные разделительные элементы (конденсаторы p-n структуры) для развязки элементов логической схемы по высокой и низкой частотам.

4. Применение корпусного экранирования позволит снизит влияние внешних факторов, вносящих дополнительные электромагнитные помехи.

6. Расчёт конструкции коммутационных элементов

6.1. Расчет среднего числа связей в логической цепи:

L_кр = 5,6 /  = 5,6 / 0,56 = 9,94 мм

Таблица 6.1.

Результаты расчета среднего числа связей в логической цепи устройства

6.2. Расчет средних длин связей и средних длин логических цепей.

При расчете используется интеграция схемы N_{max эффект} и максимальная интеграция БМК N_{max max}, а также значения функционального объема M_i и M_si соответственно:

Таблица 6.2.

Результаты расчета средних длин связей и логических цепей

6.3. Расчет трассировочной способности

Произведем расчет суммарной длины связей, которая определяется отдельно для каждого уровня компоновки (L_свi) по формуле (6.9) Учебного пособия, затем суммируются по кристаллу в целом (L_св^кр), при этом для кристалла СБИС, суммирование длин связей имеет свои особенности:

L_свi = l_свi * N_свi – для внутренних уровней СБИС (i=1,2,3)

L_свi = l_свi * N_свi – для внешнего уровня (i=4).

Расчет плотности трасс в кристалле (П_тр^кр) производится по формулам (6.10) и (6.11) Учебного пособия, с учетом общей суммарной длины связей в кристалле, его площади и эффективности использования трасс равная 0,7.

Таблица 6.3.

Результаты расчета суммарных длин связей и плотности трасс

в конструкциях коммутационных элементов

В процессе расчета воспользуемся формулами (5.9), (6.6), (6.14-6.21), формулами и расчетной моделью конструкции, представленной в пункте 6.5 Учебного пособия.

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: W_пр = a_тр / 3

• Толщина: W_пр = W_пр / 8

Таблица 6.4.

Результаты расчета основных параметров проводников

6.5 Расчет слойности, структуры и выбор числа потенциальных слоев.

Число потенциальных слоев задано ТЗ и составляет 2 слоя. Шаг размещения трасс по направлениям Х, У составляет а_{тр x} = а_{тр y} = 33,67 мкм, тогда на двух слоях может быть размещено: