MOS集成大规模集成电路设计及措施问题详解

信息来源: 时间:2021-4-20

MOS集成大规模集成电路设计及措施问题详解

本节从系统设计的角度来研究大规模集成电路的设计。提高了集成度以后会产生怎样的问题?对这些问题采取什么措施?我们用大规模集成电路化产品的具体例子,来阐述上述问题。

一般的趋势是,集成电路的集成度越高,集成电路功能方面的自由度就越少。另一方面,因为大规模集成电路需要大量研制经费,所以应尽量多生产同一种电路,提高其批量生产的经济效果。解决这两者的矛盾,是大规模集成电路的一个大课题。MOS集成大规模集成电路设计。在大规模集成电路产品化的早期,这个问题主要表现在系统分割上,即一个系统用几块大规模集成电路构成时,对该系统如何分割才能提高各大规模集成电路功能的自由度的问题。

(1)系统分割

一个系统集成为一块大规模集成电路时没有系统分割的问题,但从当时技术上可能做到的大规模集成电路的集成度方面考虑,整个系统必须用两块以上大规模集成电路构成时,就必须进行系统分割。一般在进行系统分割时要考虑下述各点。

(i)尽量增大,各个大规模集成电路功能上的自由度。

(ii)经分割后的子系统相互间的信号交换要尽量少。

(iii)各种大规模集成电路以均等的集成度进行分割。

以上述第(i)项为重点的考虑方法是从中规模集成电路的考虑方法发展而来的,将整个系统分割成功能上完整的子系统并对各个子系统进行标准化,从而增大各个大规模集成电路功能上的自由度。这种方法难以实现上述第(iii)项的集成度均等化。MOS集成大规模集成电路设计。另外,控制电路等复杂的部分,因受大规模集成电路引线数的限制,分割很困难,同时,标准化也很困难。于是,以重点放在第(i)项的考虑方法进行系统分割有各种困难。另一方面,当大量需要大规模集成电路产品时,第(iii)项比第(i)项更为重要,根据当时的可能做到的集成化程度以及引线数目的限制。进行最适当的分割。这就是大规模集成电路化初期所用的系统分割方法。

但上述的“最佳”分割方法,会使大规模集成电路功能上的自由度变得很小,难以适应在规格品种方面的市场需求变化,因而产量小的机种不可能实现大规模集成电路化。为了解决对大规模集成电路的这类要求,可采取下述手段。

(2)程序逻辑阵列结构

对台式电子计算机而言,可将整个系统大体分为下述两个部分:

(i)规定计算程序的程序发生电路;

(ii)执行程序发生电路指令的运算部分。

在上述部分中,随系统的规格而变化的部分,大部分系(i)的程序发生电路部分,(ii)的运算部分比较容易标准化。此处所讲的程序逻辑阵列结构主要是为第(i)部分的标准化而考虑的大规模集成电路设计方法,如图3.8所示,由“与”门矩阵和“或”门矩阵构成。将以前用随机逻辑构成的这一部分排列成整齐的矩阵形式,使这一部分的改变容易进行,从而通过改变大规模集成电路的掩模图形而能制出各种规格的系统。MOS集成大规模集成电路设计。如果只将原来的程序发生电路部分排列成矩阵形式,其效率极低,引线数也多,很不实用,必须采取措施加以改进。为了解决这个问题,以前是从各地址线直接输出微指令,但在采取程序逻辑阵列结构时,是从地址线输出编码形式的微指令,变换成微指令的步骤是在接受指令的大规模集成电路一侧进行的。这样一来,不但大规模集成电路间信号的交换路数可减少,“或”门阵列部分的效率也随之得到提高。

以上从大规模集成电路功能上的自由度方面叙述了提高自由度的手段。此外,从系统设计的角度应予考虑的问题有功耗和检验方法等。

MOS集成大规模集成电路设计

减少大规模集成电路的基本电路功耗直接与提高集成度有关系,应尽量选择功耗低的电路结构。另外,功耗与工作速度也有密切关系,一般要提高速度就有增加功耗减少集成度的趋势。因此设计大规模集成电路时,要充分考虑该系统所需的工作速度,以便降低成本,提高性能。为了降低功耗,曾尝试过种种措施,其例子如图3.9和图3.10所示。图3.9的电路,只在有信号转移必要时,才供电,因而没有无谓的功耗。图3.10是采用互补型电路的例子,与原来的有负载电阻的电路相比,它没有直流电流,因而电源效率有很大改进。

MOS集成大规模集成电路设计

最后是检测的问题。以100%的准确度对不合格的集成电路进行检测,这在技术上是相当困难的。但实际上,根据生产工序的管理方面的要求,并不一定要求有100%的失效检测率。检测时间和失效检测率之间有一定关系,根据工序管理的方便,可考虑采取适当的方法。大规模集成电路生产工序中,检测工序所占的比例甚大,在设计大规模集成电路时应考虑可节省检测时间的逻辑设计和电路设计。

在研究和试制大规模集成电路时,须检测电路是否完全满足预定的功能,但这与上述从工序管理考虑的检测相比,性质很不相同。MOS集成大规模集成电路设计。前一种情形是一般作成测试图形利用计算机进行自动检测:后一种情形将试制的大规模集成电路装入模拟装置,由人来检测整个系统的工作,这是目前最有效的方法。

联系方式:邹先生

联系电话:0755-83888366-8022

手机:18123972950

QQ:2880195519

联系地址:深圳市福田区车公庙天安数码城天吉大厦CD座5C1

请搜微信公众号:“KIA半导体”或扫一扫下图“关注”官方微信公众号

请“关注”官方微信公众号:提供  MOS管  技术帮助



推荐文章