Правильная ссылка на эту страницу
http://az-design.ru/Support/HardWare/Siemens/B19830825Elc011.shtml

Вентильная матрица на 2600 функций с задержками 230 пс/вентиль

Джон Гош
Управляющий франкфуртским, бюро Electronics

Повышенные рабочие характеристики новой вентильной матрицы достигнуты благодаря применению токопереключательной логики с последовательным стробированием с тремя уровнями напряжения.

В конкурентной борьбе на мировом рынке за разработку и выпуск базовых кристаллов на основе вентильных матриц со все более высокими быстродействием и уровнем сложности компания Siemens AG, возможно, сумела опередить своих американских соперников. Эта мюнхенская компания подготовила к выпуску две новые вентильные матрицы, одна из которых (более крупная) представляет собой кристалл площадью 75 мм2 со 120 внешними логическими выводами, содержащий 2600 эквивалентных вентильных функций с минимальными задержками вентилей 230 пс.

Если по быстродействию и уровню сложности схемы нового семейства биполярных базовых матричных кристаллов этой фирмы сопоставимы с лучшими схемами компаний Motorola и Fairchild (речь идет об их приборах MCA2500 и GE2000 соответственно), то при реализации сложных логических схем, как утверждают представители компании Siemens, они обладают лучшими рабочими характеристиками. Время переключения 4-бит мультиплексора, например, составляет около 0,6 нс, а потребляемая им мощность равна всего 18 мВт, что примерно на 15% меньше, чем у американских приборов.

Следующий шаг. Эти результаты получены благодаря применению схем на основе токопере-ключательной логики с последовательным стробированием и тремя уровнями напряжения, тогда как все другие компании имеют дело с двухуровневыми ЭСЛ-схемами с последовательным стробированием. Компания Siemens первой применила трехуровневые токопереключательные схемы при создании своего первого поколения вентильных матриц и теперь усовершенствовала их для нового (второго) поколения приборов, приспособив для выполнения более сложных функций.

Вальтер Брёкельманн, руководитель разработки ИС в мюнхенском объединении информационных систем компании, подчеркивает, что на основе этих схем легче строить сложные логические функции (или схемы) по сравнению с двухуровневыми схемами с последовательным стробированием. Всего одна такая структура с последовательным стробированием в сочетании с одним импульсным источником тока 1,5 мА позволяет реализовать такие сложные элементы, как 4-бит мультиплексоры или регистры-защелки с входными мультиплексорами. Задержка сигнала в такой структуре меньше (для сложного регистра-защелки втрое) суммарной задержки в схеме на примитивных вентилях НЕ-ИЛИ, выполняющей аналогичную логическую функцию.

Повышенное быстродействие. Следует также особо отметить трехуровневую систему металлизации, с помощью которой задаются межсоединения конкретной схемы и соединения внутри ее элементов. Третий слой межсоединений уменьшает размеры кристаллов и длину соединительных линий на них. Применение полиимидной изоляции вместо органической снижает диэлектрическую проницаемость межслойной изоляции, также способствуя повышению быстродействия.

Однако основным фактором, обеспечивающим высокую плотность упаковки и быстродействие схем, является токопереключательная логическая структура с тремя уровнями напряжения (см. рисунок). Опорные напряжения для каждого из трех ее логических уровней вырабатываются встроенными генераторами напряжения смещения, каждый из которых питает два элемента и каждый элемент, содержащий четыре последовательно стробируемых ТПЛ-ключа. Переключаемый ток равен 1,5 мА, а вспомогательный ток для переключения уровней 0,5 мА. Внутренний логический перепад величиной 450 мВ обеспечивает высокую нагрузочную способность при малых токах.

Основной вклад в высокие плотность упаковки и рабочие характеристики данной вентильной матрицы дает токопереключательный логический элемент с тремя ур
Основной вклад в высокие плотность упаковки и рабочие характеристики данной вентильной матрицы дает токопереключательный логический элемент с тремя уровнями напряжения. Опорные напряжения для каждого из уровней вырабатываются встроенными генераторами смещения, каждый из которых обслуживает два элемента. Каждый элемент в свою очередь состоит из четырех ТПЛ-ключей с последовательным стробированием.

Разность напряжений между соседними переключаемыми уровнями равна падению напряжения на одном эмиттерном переходе, поэтому конструкция схем сдвига уровня чрезвычайно проста. Точное согласование параметров всех диодов на одном кристалле обеспечивает хорошую симметрию входных опорных напряжений для всех уровней.

Для ТПЛ-схем не требуются выходные эмиттерные повторители. Поэтому в них переключаемый ток можно сделать несколько больше, чем в ЭСЛ-матрицах, а нагрузочная способность получается у них такой же высокой, как и у ЭСЛ-схем.

Помимо непосредственного уменьшения горизонтальных и вертикальных размеров приборов, схемы нового поколения отличаются от схем первого поколения наличием встроенной диагностической логики типа сквозного сдвигового регистра, сложных мультиэлементов, а также значительно сокращенными сроками проектирования и изготовления заказных кристаллов. Когда в середине 1984г. будет введен в эксплуатацию модуль оперативного изготовления заказных схем Qtam (quick turnaround module), который будет функционировать в составе объединения компонентов компании Siemens, срок проектирования и изготовления сложной схемы на основе базовой вентильной матрицы удастся сократить всего до одной недели.

В составе нового семейства пока две матрицы, одна из которых, LSI36K, потребляет около 2,5 Вт мощности, содержит 900 эквивалентных вентилей на кристалле площадью 25 мм2 и имеет 64 внешних контакта (из них 58 логических). Матрица LSI20K на 2600 вентилей имеет 144 внешних контакта и потребляет 6,5 Вт мощности.

Объединение компонентов в IV квартале уже начнет выпускать целый ряд различных вариантов матричных схем на основе обоих типов матриц. Эти изделия компании Siemens совместимы со стандартными для отрасли ЭЛС-матрицами серий 10000 и 100.

Общими для обоих типов матриц являются библиотека элементов, вспомогательные средства автоматизированного проектирования схем и Oxis — технология изготовления с окисной изоляцией компании Siemens. При изготовлении более крупной матрицы используется двукратная ионная имплантация для базовой и эмиттерной областей, которая позволяет получить переходы малой глубины, способствующие повышению быстродействия. Другие особенности Oxis-технологии — это низкотемпературные технологические операции и специальные методы осаждения составных маскирующих слоев [pp.71,72].

Выходные данные:

Журнал "Электроника" том 56, No.17 (673), 1983г - пер. с англ. М.: Мир, 1983, стр.15

Electronics Vol.56 No.17 August 25, 1983 A McGraw-Hill Publication

Раздел: ЭЛЕКТРОНИКА ЗА РУБЕЖОМ

Тема:     ФРГ





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


Постоянный адрес статьи:
http://az-design.ru/Support/HardWare/Siemens/B19830825Elc011.shtml