Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 3)

Найдем _с=_блэ+_{св , где}

_блэ – схемная задержка на ЛЭ;

_св – конструктивная задержка на ЛЭ.

В итоге получим C_ск=(_лэ+_св )/_лэ = (0,09+0,38)/0,09 = 5,(2)

Тогда окончательно имеем P_рас = 7,832 / 5,(2) = 1,5 Вт.

4. Выбор система охлаждения СБИС и обоснование требований к элементам конструкций.

Для выбора системы охлаждения воспользуемся следующими соотношениями:

Вид Системы Охлаждения Плотность теплового потока, P_s [Вт/см²]

Естественная(Воздушная)  0.2

Принудительная воздушная  1.0

Жидкостная система  20

Испарительная система  200

Специальная система > 200

Мощность, рассеиваемая СБИС, равна P_рас = 1,5 Вт,

Для выбора системы охлаждения воспользуемся отношением

P / S  [ P_S ], где

P = P_{кр факт}^СБИС, Вт;

S - площадь корпуса СБИС, см²;

P_S – плотность, Вт / см² (выбирается по специальной таблице в зависимости от вида системы охлаждения).

Выражая отсюда площадь, получим

S  P / P_S

В нашем случае имеем корпус с планарными выводами, расположенными равномерно по всем четырем сторонам корпуса с шагом 1,25 мм. Таким образом, площадь корпуса может быть найдена по формуле

S = L_кор², где

L_кор – сторона корпуса (корпус квадратный, считается в п.7).

T_шаг – шаг между выводами.

m_общ – общее число выводов (считается в п.5).

Подставляя численные значения получим:

L_кор = 62 мм

Тогда площадь корпуса

S = 62² = 38,44 см²

Выберем воздушную систему охлаждения (P_S < 0,2 ).

38,44  1,5 / 0,2  38,57  7,5 (выполняется).

Таким образом, для конструкции СБИС не требуется дополнительных элементов, необходимых для обеспечения заданного теплового режима (радиаторов, специальных систем охлаждения и т.д.), так как достаточно естественного охлаждения. Последнее легко достигается за счет большого размера корпуса СБИС и относительно небольшого размера площади кристалла.

5. Описание принципов обеспечения помехоустойчивости конструкции.

Обеспечение помехоустойчивости является одним из самых важных факторов при проектировании устройств ВТ.

Для правильного функционирования СБИС 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 СБИС 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 СБИС. 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 СБИС достигается конструктивными особенностями, среди которых:

• одинаковое и достаточное число контактов земли и питания;

• правильное распределение контактов питания и земли по отношению к сигнальным контактам на корпусе СБИС;

• правильный выбор топологии и трассировки цепей питания в кристалле;

• правильная компоновка и трассировка логических цепей в кристалле;

• правильная развязка цепей питания за пределами корпуса;

Проведем расчет числа контактов питания и земли.

Общее число внешних контактов СБИС может быть рассчитано по формуле:

m_общ = m_i + m_E0 + m_E1

где: m_i – число внешних связей;

m_E0 – число контактов нулевого потенциала;

m_E1 – число потенциальных контактов.

Так как m_i = m_вхi + m_выхi, при этом m_выхi = m_i / (K_i+1), где K_i = m_вхi / m_выхi, можно записать для КМОП (m_E0 = m_E1 = m_выхi / 6) следующую формулу:

m_общ^СБИС=m_i+m_i/(3*(K_i+1))

Подставляя значения из таблицы, получим:

m_общ^СБИС=774+774/(3*(1+1))=903 шт

Считаем, что m_E0 = m_E1, тогда m_E0 = m_E1=129/2=64,5 шт

Возьмём по 65 выводов на нулевые или потенциальные контакты.

В итоге, m_общ^СБИС=774+65+65=904

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 по корпусу СБИС. Такое размещение представлено на рис.6

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. Первый вариант характеризуется лучшим быстродействием, но худшей экранировкой. Второй вариант – наоборот. В силу критерия лучшей помехозащищенности к СБИС выбираем вариант закрытого структурного звена (см. рис.5).

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.

Также необходимо добавить в структуру кристалла специальные разделительные элементы (конденсаторы р-n структуры) для развязки элементов логической схемы по высокой и низкой частоте.

Рис. 5. Варианты построения структуры кристалла.

6. Расчет конструкции коммутационных элементов.

6.1. Расчет габаритных размеров БМК СБИС.

Линейный размер БМК СБИС равен:

L_кр = 5,6 /  = 5,6 / 0,43 = 13,1 мм

6.2. Расчет среднего числа связей в логической цепи.

Электрические цепи в логических схемах элементов, узлов и устройств на любом уровне компоновки подразделяются на три основных вида: внешние входные, внутренние и внешние выходные цепи. Эти виды характеризуются различной нагрузочной способностью по входу и выходу и различным количеством. Число цепей каждого вида, а именно: число входных внешних – N_цвхi = m_вхi, число внутренних N_цi и число выходных внешних – N_цвыхi = m_выхi определяется через основные компоновочные параметры схемы с помощью выражений:

или

Общее число цепей в логической схеме (N_цi) определяется суммированием количества всех видов цепей, а именно:

В результате общее число цепей в логической схеме устройства на i‑м уровне компоновки определяется выражением:

Правило определения числа логических связей

Под логической связью понимается электрическое соединение между двумя контактами элементов схемы. Логическая же цепь может содержать в себе соединение двух и более контактов разных элементов. Если в цепи имеет место соединение только двух контактов, то в этом случае понятия цепь и связь совместимы и тождественны. Если же в логической цепи присутствует более двух контактов, то такая цепь является многосвязной (многозвенной).

Нагрузочные способности цепей представляют собой одновременно и характеристики цепей по числу связей в них. Для внешних цепей (входных и выходных) такой характеристикой являются параметры n_i и l_i. Для внутренних же цепей число связей в них определяется выражением (n_i + l_i ‑ 1).

В результате общее (суммарное) число связей в логической схеме на i‑м уровне компоновки (N_свi) составляет:

или, с учетом значений числа соответствующих видов цепей и некоторых преобразований, в окончательном виде:

При этом, число внутренних связей в логической схеме (N_свi) в соответствии с данным правилом определяется как разница между общим числом связей в схеме и числом ее внешних связей, т.е.:

или, с учетом преобразований, в итоге имеем:

.

Результаты сведём в таблицу 6:

Таблица 6.

Уровень компоновки	Интеграция		Из расчёта первичных параметров				Nцi	Nсвi	nсвi
			mi	Ki	ni	li
	Ni	Mi
i = 1	10	10	10,8	2,426	2,70	1,29	14	35	2,46
i = 2	160	16	36,4	1,879	2,64	1,35	59	148	2,50
i = 3	4160	26	154,2	1,391	2,37	1,38	326	771	2,37
i = 4	149760	36	774,0	1,0	1,87	1,34	2119	4208	1,99

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

Произведем расчет средней длины связи и средней длины цепи по формулам:\

и

При расчете используем интеграцию схемы N_{maxэффект} и максимальную интеграцию БМК N_maxmax, а также значения функционального объема M_i и M_si соответственно.

Размер кристалла L_кр=13,1 мм.

Расчет шага размещения структурных элементов на внутренних уровнях компоновки СБИС ведется исходя из максимального числа элементов на текущем уровне M_si и конечных размерах кристалла. Результаты сведём в таблицу 7:

Таблица 7.

6.4. Расчет трассировочной способности.

Характеристики

Список файлов курсовой работы