Berendezés-orientált IC-k BME Villamosmérnöki és Informatikai Kar Elektronikus Eszközök Tanszéke Székely Vladimír, Mizsei János 2004 április BME Villamosmérnöki és Informatikai Kar Elektronikus Eszközök Tanszéke Székely Vladimír, Mizsei János 2004 április Segédanyag a Villamosmérnöki Szak Elektronika I. tárgyához Belső használatra! Segédanyag a Villamosmérnöki Szak Elektronika I. tárgyához Belső használatra!

Berendezés-orientált IC-k (ASIC = Application-Specific IC) (BOÁK = Berendezés Orientált Áramkörök) Berendezés-orientált IC-k (ASIC = Application-Specific IC) (BOÁK = Berendezés Orientált Áramkörök) Az irányzat okai: ki kell használni az IC technika teljesítőképességét (ár,súly, fogyasztás, megbízhatóság) de a feladatok jelentős része nem fedhető katalógus áramkörrel Az irányzat okai: ki kell használni az IC technika teljesítőképességét (ár,súly, fogyasztás, megbízhatóság) de a feladatok jelentős része nem fedhető katalógus áramkörrel További haszon: a másolás megnehezítése

Integrált áramkörök felosztása Katalógus áramkörök –általában széles körű használhatóság –a felhasználó nem azonos a tervezővel –nagyon nagy számban gyártják ASIC áramkörök (Application specific Integrated circuits) régebben : Berendezés orientált IC-k –adott speciális célra készülnek –általában a felhasználó tervezi (tervezteti) –a sorozatszám nagyon széles határok között változhat ASIC áramkör  katalógus áramkör

Berendezés-orientált IC-k (ASIC = Application-Specific IC) Berendezés-orientált IC-k (ASIC = Application-Specific IC) A problémák: Kis példányszám mellett is elfogadható ár Átfutási idő A “second source” (egy cégtől való függés) Megoldások: Elem mátrix, kapu mátrix Standard cellás áramkör Field programable áramkörök A problémák: Kis példányszám mellett is elfogadható ár Átfutási idő A “second source” (egy cégtől való függés) Megoldások: Elem mátrix, kapu mátrix Standard cellás áramkör Field programable áramkörök

Elem mátrix, kapu mátrix (uncommitted logic array, gate array) Elem mátrix, kapu mátrix (uncommitted logic array, gate array) Ezek ELŐRE GYÁRTHATÓ eszközök! Csak a fémezés maszkját kell megtervezni és legyártani !

Elem mátrix Inverter NOR NAND 3 bem.

V DD GND p vezetéses tranzisztorok n vezetéses tranzisztorok poli Si CMOS GATE ARRAY Elektronmikroszkópi kép egy nem használt területről Mátrix elemek Össze - köttetések

V DD GND p vezetéses tranzisztorok n vezetéses tranzisztorok poli Si tranzisztorok CMOS NOR kapu 2 db CMOS inverter

Optikai mikroszkópi kép (közel az elvi felbontás határához)

Kapu mátrix Előregyártott logikai kapuk, flip-flopok, tárolók, hasonlóan az elemmátrix esetéhez, utólag fémezve. Jellegzetességek: többszintű fémezés (cellán belüli: alsó szint, ez előregyártva cellák közötti: felső szint, ezt tervezheti a felhasználó) kombinálható az elemmátrixszal, rögzített alkatrész elrendezés: korlátozottabb alkalmazhatóság.

Standard cellás áramkör Cellakönyvtár elektromos kompatibilitás geometriai kompatibilitás kipróbált, tesztelt cellák “ ELŐRE TERVEZETT”

Standard cellás áramkör

Cellasorok párosával

Standard cellás áramkör előnyei: optimális cellák számítógépes tervezés (Pld. SOLO1400 az áramkör gyorsabb lesz (az elemmátrixos változathoz képest) Standard cellás áramkör előnyei: optimális cellák számítógépes tervezés (Pld. SOLO1400 az áramkör gyorsabb lesz (az elemmátrixos változathoz képest) Standard cellás áramkör hátrányai: drágább (minden maszkot le kell gyártani) a tervezőrendszer bonyolultabb Standard cellás áramkör hátrányai: drágább (minden maszkot le kell gyártani) a tervezőrendszer bonyolultabb

„Field programable” áramkörök FPGA = Field programable gate array kapu-mátrix; az összeköttetéseket egy memória tartalma határozza meg FPLA = Field programable logic array FPGA = Field programable gate array kapu-mátrix; az összeköttetéseket egy memória tartalma határozza meg FPLA = Field programable logic array FELHASZNÁLÓ ÁLTAL PROGRAMOZHATÓ!

teljes egészében előre gyártottak, konfigurálásuk vagy biztosítékok kiégetésével, vagy programozható összeköttetések programozásával történik. A programozható összeköttetések lehetnek MOS áteresztő tranzisztorok vagy EPROM/EEPROM típusú tranzisztorok: a PROM-technika adaptálása általános logikai függvények leírására a PLA ( Programable logic array ) elrendezés: Működésük alapja, hogy minden logikai függvény felírható szorzatok összegeként (OR mátrix), a szorzatok pedig ugyancsak előállíthatók OR kapukkal (AND mátrix) A „Field programable” áramkörök

AND mátrix (ROM 1) OR mátrix (ROM 2) A B C A+B+C=ABC B+C=BC ABC+BC

A keresztezési pontban: PROM cellaelemek FAMOS növekményes MOS olvadóbiztosíték +

Az elektronikus (al)rendszer megvalósítása (Összefoglalás) Az elektronikus (al)rendszer megvalósítása (Összefoglalás) Szoftver megoldás (mögöttes hardver: mikroprocesszorok, memóriák, mikrokontrollerek) Hardver megoldás Katalógusból választva Cél hardver, egyéni igényeknek megfelelően tervezve Szabványos, katalógus IC-k (gyártó által tervezett analóg, TTL, CMOS, ECL…) Szerelés, NYÁK, vastagréteg Application Specific Integrated Circuit …vagyis: Semi-custom Full-custom (ebből később szabvány is lehet)