Berendezés-orientált IC-k BME Villamosmérnöki és Informatikai Kar Elektronikus Eszközök Tanszéke Székely Vladimír, Mizsei János 2004 április BME Villamosmérnöki.

Az előadások a következő témára: "Berendezés-orientált IC-k BME Villamosmérnöki és Informatikai Kar Elektronikus Eszközök Tanszéke Székely Vladimír, Mizsei János 2004 április BME Villamosmérnöki."— Előadás másolata:

1 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!

2 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

3 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

4 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

5 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 !

6 Elem mátrix Inverter NOR NAND 3 bem.

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

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

9 Optikai mikroszkópi kép (közel az elvi felbontás határához)

10 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.

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

12 Standard cellás áramkör

13 Cellasorok párosával

14 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

15 „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!

16 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

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

18 A keresztezési pontban: PROM cellaelemek FAMOS növekményes MOS olvadóbiztosíték +

19 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)