Автоматизированное проектирование СБИС на базовых матричных кристаллах

гут присутствовать специализированные макроячейки, реализующие ти-

повые функциональные узлы (например, запоминающее устройство).

     Помимо ячеек, являющихся заготовками  для  реализации элемен-

тов, на БМК могут присутствовать фиксированные части соединений. К

ним относятся шины питания, земли, синхронизации и  заготовки  для

реализации частей сигнальных соединений. Например,  для макроячеек

(b) шины питания и земли проводятся вдоль верхней и  нижней сторон

соответственно. Для макроячеек (a,d) шины проводятся  вдоль линии,

разделяюшей верхний и нижний ряды ячеек, что приводит к уменьшению

потерь площади кристалла. Для реализации сигнальных  соединений на

БМК получили распространение  два  вида  заготовок:  фиксированное

расположение однонаправленных  (горизонтальных  или  вертикальных)

участков трасс в олном слое; фиксированное  расположение  участков

трасс в одном слое и контрактных окон, обеспечиваюших выход фикси-

рованных трасс во второй слой.

     В первом случае для реализации коммутации проектируемой схемы

не требуется разработка фотошаблона  фиксированного  слоя,  т.  е.

число разрабатываемых фотошаблонов уменьшается на единицу. Во вто-

ром случае число разрабатываемых фотошаблонов уменьшается  на  два

(не требуется также фотошаблон контактных окон).  Отметим,  что  в

настоящее время получили распространение различные  виды  формы  и

расположения фиксированных трасс и  контактных  окон. Целесообраз-

ность использования того или иного вида определяется типом макроя-

чеек, степеныо интеграции кристалла и объемом производства.

     При реализации соединений на  БМК  часто  возникает необходи-

мость проведения трассы через область, занятую макроячейкой. Такую

трассу будем называть транзитной. Для обеспечения такой возможнос-

ти допускается: проведение соединения через область, занятую ячей-

кой, проведение через зазоры между ячейками. Первый  способ  может

применяться, если в ячейке не реализуется элемент,  или реализация

элемента допускает использование фиксированных  трасс  и неподклю-

ченных выводов для проведения транзитной трассы.

     Таким образом, в настоящее время разработано большое многооб-

разие типов БМК, которые имеют различные пераметры. При проектиро-

вании микросхем на БМК необходимо учитывать конструктивно-техноло-

гические характеристики кристалла. К ним  относятся геометрические

параметры кристалла, форма и расположение макроячеек  на кристалле

и ячеек внутри макроячеек, расположение шин  и  способ  коммутации

сигнальных соединений.

     Итак, следует отметить, что задача определения  структуры БМК

является достаточно сложной, и  в  настоящее  время  она  решается

конструктором преимущественно с использованием средств автоматиза-

ции.

              РЕАЛИЗАЦИЯ ЛОГИЧЕСКИХ ЭЛЕМЕНТОВ НА БМК

     Выше было показано, что БМК представляет собой  заготовку, на

которой определенным образом размещены электронные  приборы (тран-

зисторы и др.). Следовательно, проектирование микросхемы можно бы-

ло бы вести и на приборном уровне. Однако этот способ  не  находит

распространения на практике по следующим причинам. Во-первых, воз-

никает задача большой размерности.  Во-вторых,  учитывая повторяе-

мость структуры частей кристалла и  логической  схемы,  приходится

многократно решать однотипные задачи. Поэтому применение БМК пред-

полагает использование библиотеки  типовых  логических  злелентов,

которая разрабатывается одновременно с конструкцией  БМК.  В  этом

отношении проектирование матричных БИС подобно  проектированию пе-

чатных плат на базе типовых серий микросхем.

     Таким образом, при применении БМК проектируемая  схема описы-

вается на уровне логических элементов, а каждый элемент содержится

в библиотеке. Эта библиотека формируется заранее. Она должна обла-

дать функциональной полнотой для реализации широкого спектра схем.

Традиционно подобные библиотеки содержат следующие элементы: И-НЕ,

ИЛИ-НЕ, триггер, входные, выходные усилители и др.  Для реализации

элемента используется одна или несколько ячеек  кристалла,  т.  е.

размеры элемента всегда кратны размерам ячейки. Топология элемента

разрабатывается на основе конструкции ячейки и  представляет собой

совокупность трасс, которые совместно с  имеющимися  на  кристалле

постоянными частями реализуют требуемую функцию.  Именно  описание

указанных соединений и хранится в библиотеке.

     В зависимости от того, на каких ячейках реализуются элементы,

можно выделить внешние (согласующие усилители,  буферные  схемы  и

др.) и внутренние, или просто логические  элементы.  Если  внешние

элементы имеют форму прямоугольников независимо от типа кристалла,

то для логических элементов сушествует большое  разнообразие форм,

которое определяется типом макроячеек. Так, для макроячейки, пока-

         ╔════════╗  ╔════════╗  ╔═══╤════╗  ╔════════╗

         ║        ║  ║        ║  ║███│    ║  ║████████║

         ╟────┐   ║  ╟────────╢  ║███└────╢  ║████████║

         ║████│   ║  ║████████║  ║████████║  ║████████║

         ╚════╧═══╝  ╚════════╝  ╚════════╝  ╚════════╝

                          рис. 5

занной на рис. 4(a), возможные формы элементов приведены  на  рис.

5. При этом следует иметь в виду, что каждая форма может быть реа-

лизована с поворотом  относительно  центра  макроячейки  на  угол,

кратный 90'. Для расширения возможностей  наилучшего использования

площади кристалла для каждого логического элемента разрабатываются

варианты тапологии, позволяющие его реализовать в различных частях

макроячейки. Поскольку структура макроячейки  обладает симметрией,

то эти варианты топологии, как правило, могут быть получены из ба-

зового вращением относительно осей симметрии.

     При проектировании на уровне элементов  существенными данными

являются форма логического элемента  и  расположение  его  выводов

(цоколевка).

       СИСТЕМЫ АВТОМАТИЗИРОВАННОГО ПРОЕКТИРОВАНИЯ МАТРИЧНЫХ БИС

                  ПОСТАНОВКА ЗАДАЧИ ПРОЕКТИРОВАНИЯ

     Задача конструирования матричных БИС состоит  в  переходе  от

заданной логической схемы к ее  физической  реализации  на  основе

БМК. При этом исходные данные представляют собой описание логичес-

кой схемы на уровне библиотечных логических  элементов, требования

к его функционированию, описание конструкции  БМК  и  библиотечных

элементов, а также технологические ограничения. Требуется получить

конструкторскую документацию для изготовления работоспособной мат-

ричной БИС. Важной характеристикой  любой  электронной  аппаратуры

является плотность монтажа. При проектировании матричных БИС плот-

ность монтажа определяется исходными данными.  При  этом  возможна

ситуация, когда искомый вариант реализации  не  существует.  Тогда

выбирается одна из двух альтернатив: либо матричная БИС проектиру-

ется на БМК больших размеров, либо часть схемы переносится на дру-

гой кристалл, т.  е.  уменьшается  объем  проектируемой  схемы.

     Основным требованием к проекту является  100%-ная  реализация

соединений схемы, а традиционным критерием, оценивающими проект, -

суммарная длина соединений. Именно этот показатель связан с такими

эксплуатационными параметрами, как надежность, помехоустойчивость,

быстродействие. В целом задачи конструирования матричных БИС и пе-

чатных плат родственны, что определяется заранее  заданной  формой

элементов и высоким уровнем унификации конструкций. Вместе  с  тем

имеют место следующие отличия:

     - элементы матричных БИС имеют более сложную  форму  (не пря-

моугольную);

     - наличие нескольких вариантов реализации одного  и  того  же

типа элемента;

     - позиции для размещения элементов группируются  в макроячей-

ки;

     - элементы могут содержать проходы для транзитных трасс;

     - равномерное распределение внешних элементов по всей перифе-

рии кристалла;

     - ячейка БМК, не занятая элементом, может  использоваться для

реализации соединений;

     - число элементов матричных БИС значительно  превышает значе-

ние соответствующего параметра печат ных плат.

     Перечисленные отличия не позволяют  непосредственно использо-

вать САПР печатных плат для проектирования матричных  БИС. Поэтому

в настоящее время используются и разрабатываются новые САПР, пред-

назначенные для проектирования матричных БИС, а  также дорабатыва-

ются и модернизируются уже действующие САПР печатных плат  для ре-

шения новых задач. Реализация последнего способа  особенно упроща-

ется, когда в системе имеется набор программ для решения задач те-

ории графов, возникающих при конструировании.

     Поскольку трассировка соединений на БМК  ведется  с  заданным

шагом на дискретном рабочем поле (ДРП), то необходимо чтобы выводы

элементов попадали в клетки ДРП. Однако внешние  выводы макроячеек

могут располагаться с шагом, не кратным шагу ДРП.  В  этом  случае

используется простой прием введения фиктивных контактных площадок,

связанных с внутренними частями ячейки. Если трасса  к макроячейке

не подходит, то область фиктивной площадки остается свободной.

     При разработке САПР БИС на БМК необходимо  учитывать требова-

ния к системам, диктуемые спецификой решаемой задачи. К  ним отно-

сятся:

     1. Реализация сквозного  цикла  проектирования  от  схемы  до

комплектов машинных документов на изготовление,  контроль эксплуа-

тацию матричных БИС.

     2. Наличие архива данных о разработках, хранимого  на долгов-

ременных машинных носителях информации.

     3. Широкое применение интерактивных режимов  на  всех  этапах

проектирования.

     4. Обеспечение работы САПР в  режиме  коллективного пользова-

1	2	3