Правильная ссылка на эту страницу
http://az-design.ru/Support/HardWare/Siemens/A19841210Elc010.shtml

Программируемые логические матрицы с 2,5-нс задержкой

Благодаря наличию плавких соединительных вставок с сопротивлением, близким к нулю, а также применению логики с эмиттерной связью и специальной технологии изготовления, способствующей повышению скоростных характеристик, удалось создать программируемые логические матрицы, которые, по мнению их разработчиков, являются самыми быстродействующими из существующих в настоящее время.

Новые программируемые логические матрицы (ПЛМ) отделения информационных систем фирмы Siemens AG в Мюнхене характеризуются задержкой сигнала при прохождении его через входной буфер, матрицы «И» и «ИЛИ» и выходной буфер, составляющей от 2,5 до 3,5 нс, в зависимости от запрограммированной конфигурации. Этот показатель быстродействия, по словам разработчиков, приблизительно в пять раз лучше, чем у ПЛМ, имеющихся в продаже.

Новые микросхемы, опытные образцы которых уже изготовлены, будут выпускаться в двух вариантах: как масочно-программируемые логические матрицы (МПЛМ) и как программируемые пользователями логические матрицы (ППЛМ), причем программирование матриц второго варианта будет осуществляться при помощи лазерных импульсов. Если МПЛМ будут наиболее выгодными для массового производства, то ППЛМ, по словам разработчиков, наиболее целесообразно использовать для экспериментальных работ, когда требуется как можно быстрее изготовить специализированные схемы. Логические уровни сигналов обеих предлагаемых ИС такие же, как у ЭСЛ-схем серии 100-К.

Вальтер Брекельман, заместитель директора указанного отделения по разработке и применению интегральных схем, считает, что новые логические матрицы заполняют разрыв между существующими ТТЛ ПЛМ, которые, имея среднюю задержку 25 нс, слишком медленны для многих высокоскоростных компьютерных схем, и вентильными ЭСЛ-матрицами, длительность цикла изготовления которых составляет несколько недель, что слишком много для разработки, например, центральных процессоров.

Со скоростью света. Лазер на алюмоиттриевом гранате, легированном неодимом, формирует мощные импульсы, которые пережигают плавкие соединения в програм
Со скоростью света. Лазер на алюмоиттриевом гранате, легированном неодимом, формирует мощные импульсы, которые пережигают плавкие соединения в программируемой пользователем логической матрице. Таким образом, она превращается в заказную микросхему сверхвысокого быстродействия.

Компромисс. «Наши микросхемы представляют собой в каком-то смысле компромисс между существующими ПЛМ», — говорит Брекельман. Хотя по длительности цикла их программирования (2 ч) они уступают ТТЛ ПЛМ, которые можно запрограммировать за несколько минут, задержка распространения сигналов в новых ПЛМ, составляющая в определенных случаях всего лишь 2,5 нс, обеспечивает существенное превосходство последних над существующими матрицами (по скорости) и делает их пригодными для применения в новейшей быстродействующей аппаратуре обработки данных.

Как масочно-программируемые, так и лазерно-программируемые матрицы имеют по 36 логических входов: 48 термов произведений и 16 триггерных схем, причем последние предусматривают выполнение диагностики путем последовательного сканирования. 16 выводов рассматриваемой микросхемы можно использовать в качестве выходов, входов, выходов с обратной связью на входы или линий двунаправленного типа.

Каждую триггерную схему можно запрограммировать как MS-триггер, регистр-защелку или «прозрачный» вентиль. Эти схемы имеют независимые входы данных, синхронизации, установки и сброса от матриц И и ИЛИ. Полярность выходного сигнала также можно программировать.

Высокие скоростные характеристики новых приборов определяются применением не только ЭСЛ-схем, но и особой биполярной технологии производства, а также (в случае ППЛМ, программирование которых осуществляется лазером) близким к нулю сопротивлением плавких соединений.

Собственная технология. Новые приборы изготавливаются по оригинальной технологии Oxis II с изоляцией окислом, разработанной фирмой Siemens (Мюнхен). Технология Oxis II имеет следующие характерные особенности: структуры с 2-мкм размерами элементов, получаемыми при помощи проекционной литографии 1:1; ионно-имплантированные скрытые слои; базы; базовые контакты и эмиттеры; многослойная металлизация, содержащая до трех слоев металла и полиимидного диэлектрика.

В обычных ППЛМ сопротивление плавких соединений и емкость проводников и транзисторов являются причиной большой постоянной времени, что приводит к существенному снижению их скоростных характеристик. Разработчикам фирмы Siemens удалось значительно уменьшить эту постоянную времени благодаря использованию алюминиевых плавких соединений с близким к нулю омическим сопротивлением и размерами около 5*10 мкм.

Вместо необычайно больших электрических токов, которые потребовались бы для пережигания подобных соединений при программировании матриц, разработчики фирмы Siemens используют для разрыва соединений короткие мощные импульсы, формируемые лазером на алюмоиттриевом гранате, легированном неодимом.

Неиспользуемые транзисторы отключаются не по базе или эмиттеру, а сразу по обоим этим контактам. В результате уменьшаются паразитные емкости и, следовательно, задержки распространения сигналов. Подобное «двойное программирование» приводит также к увеличению процента выхода годных.

Обе ПЛМ фирмы Siemens конструктивно оформляются в 64-контактном корпусе. Масочно-программируемая логическая матрица содержит около 5 тыс. компонентов, размещаемых на кристалле площадью 23 мм2, и имеет 8 тыс. соединений для программирования.

Мощность рассеяния вариантов матрицы с лазерным программированием составляет 3,5 Вт, а площадь кристалла — приблизительно 38 мм2: увеличение площади кристалла является результатом того, что выжигаемые соединения занимают большее место. Этот кристалл содержит около 8500 компонентов и имеет 10 тыс. выжигаемых соединений.

По словам разработчиков фирмы Siemens, достичь 2 ч. длительности цикла специализации ПЛМ путем лазерного программирования едва ли было бы возможно при использовании обычного подхода, заключающегося в генерации соответствующей битовой комбинации и тест-программы. Поэтому разработчики предусмотрели средства самотестирования; на кристалле они разместили специальную схему проверки, специализация которой осуществляется одновременно с программированием основных логических функций ПЛМ [No.35, р.36].

Джон Гош

Выходные данные:

Журнал "Электроника" том 57, No.25 (706), 1984г - пер. с англ. М.: Мир, 1984, стр.15

ElectronicsWeek Vol.57 No.35 December 10, 1984 A McGraw-Hill Publication

Раздел: ОБОЗРЕНИЕ ЭЛЕКТРОННОЙ ТЕХНИКИ

Тема:     Логические матрицы





Дата последнего изменения:
Thursday, 21-Aug-2014 09:10:44 MSK


Постоянный адрес статьи:
http://az-design.ru/Support/HardWare/Siemens/A19841210Elc010.shtml