eng
Содержание
Содержание
Раздел 1. Система обозначений и состав
библиотеки 5503
Особенности библиотеки 5503 .................................................................... 1-2
Структура библиотеки ................................................................................. 1-2
Система обозначений .................................................................................. 1-2
Учет специфики БМК ................................................................................. 1-3
Электрические параметры ..................................................................................... 1-4
Электрические параметры серии 5503 ....................................................... 1-4
Электрические параметры серии 5507 ....................................................... 1-5
Основные группы функциональных ячеек........................................................... 1-6
Инверторы.................................................................................................... 1-7
Буферы.......................................................................................................... 1 7
Логические функциональные ячейки ........................................................ 1-8
Триггеры RS типа .......................................................................................1-11
Триггеры D типа с разрешением записи по уровню ................................1-12
Триггеры с записью по фронту ..................................................................1-13
Триггеры сканирования для организации тестирования .........................1-18
Триггеры Шмитта .......................................................................................1-19
Периферийные ячейки входа.....................................................................1-20
Периферийные ячейки выхода ..................................................................1-21
Периферийные ячейки входа/выхода .......................................................1-22
Драйверы периферийных ячеек .................................................................1-23
Компараторы цифровые ............................................................................1-24
Мультиплексоры .........................................................................................1-26
Демультиплексоры......................................................................................1-28
Дешифраторы .............................................................................................1-29
Шифраторы.................................................................................................1-30
Сумматоры ..................................................................................................1-31
Счетчики .....................................................................................................1-32
Регистры данных.........................................................................................1-36
Регистры сдвига ..........................................................................................1-37
Компараторы аналого цифровые ..............................................................1-39
Операционные усилители ..........................................................................1-40
Ключи аналоговые ......................................................................................1-40
Ячейки доопределения ...............................................................................1-40
Специальные функциональные ячейки ....................................................1-41
Раздел 2. Описание базовых логических
функциональных ячеек..............................................................2-1 - 2-201
Раздел 3. Описание базовых функциональных ячеек
специального назначения...........................................................3-1 - 3-54
Особенности библиотеки 5503
Библиотека функциональных ячеек является основой для реализации схемотехнических решений конкретных БИС и во многом определяет качество проектирования. Для обеспечения бездефектного проектирования библиотека должна
удовлетворять следующим требованиям:
1) включать в свой состав все основные группы функциональных ячеек;
2) иметь удобную для пользователя систему обозначений;
3) учитывать специфические особенности БМК.
Структура библиотеки
Чем шире спектр функций, реализуемых функциональными ячейками, тем качественнее и быстрее может быть проведена разработка микросхемы. Поэтому желательно, чтобы библиотека имела возможности оперативного расширения разработчиком БИС. С дугой стороны, настройка САПР на новые функциональные
ячейки – сложный и трудоемкий процесс, который выполняется разработчиками
САПР и БМК. Данное противоречие в библиотеке 5503 решено ее разбиением на
две структурные части:
– базовые функциональные ячейки, имеющие фиксированные топологии;
– макроячейки, реализованные на базовых функциональных ячейках.
Благодаря этому состав макроячеек может расширяться, совершенствоваться
и изменяться без изменения настроек САПР. Состав же базовых ячеек зафиксирован. Базовые функциональные ячейки в процессе их разработки тщательно исследуются и аттестуются, после чего вводятся в состав библиотеки.
Система обозначений
Система обозначений библиотечных функциональных ячеек в первую очередь
определяет удобство пользования библиотекой и эффективность труда разработчика. Можно выделить три основных типа построения системы обозначений:
1) по формальному принципу;
2) с учетом конструктивных особенностей ячеек;
3) по функциональному принципу.
При построении системы обозначений по формальному принципу имена библиотечных ячеек состоят из обозначения типа функциональной ячейки и ее порядкового номера. Формальная система обозначений не отражает ни конструктивных особенностей, ни выполняемых ячейками функций и поэтому не является удобной для пользователя.
В системе обозначений, построенной по конструктивному принципу, имена функциональных ячеек включают в себя обозначение типа топологической ячейки, с
которой начинается топологическая реализация функциональной ячейки, количество использованных топологических ячеек, обозначение типа ячейки, которой заканчивается топология, и порядковый номер функциональной ячейки с указанным
топологическим размером. В данной системе обозначений в имени библиотечной
ячейки кодируется ее размер и порядковый номер. Такая система обозначения облегчает разработку топологии, но совсем не удобна при проектировании электрической
схемы, т.к. имя функциональной ячейки не отражает выполняемой ею функции.
Наиболее удобной является система обозначений, построенная по функциональному принципу, которая и принята в библиотеке 5503. Обозначение ячейки
включает в себя выполняемую функцию, состав и значение активного уровня сигналов, приоритетность входных сигналов, а также схемотехнические особенности реализации ячейки.
Учет специфики БМК
Библиотека функциональных ячеек 5503 имеет особенности, учитывающие специфику конструкции БМК серий 5503 и 5507. В первую очередь – это использование в качестве слоя разводки шин поликремния, а также конструкция базовой
ячейки поля БМК и каналов трассировки. Эти особенности определяют требования, которым должны удовлетворять библиотечные функциональные ячейки.
Применение поликремния, имеющего значительное удельное сопротивление,
в качестве разводочного слоя обуславливает существенное различие в задержках
распространения сигнала по поликремнию и металлу. Особенно это сказывается
в триггерах с раздельным парафазным тактированием. В таких триггерах за счет
разбаланса топологических задержек в цепях синхронизации может возникать
нарушение синхронности парафазных сигналов, что вызывает ошибки функционирования триггера. Избежать этого можно корректной реализацией цепей синхронизации в рамках библиотечной функциональной ячейки. Поэтому в библиотеке 5503 все триггеры с записью по уровню и по фронту имеют один вход сигнала
синхронизации.
Базовая ячейка поля БМК серий 5503 и 5507 представляет собой две пары комплиментарных транзисторов с объединенными затворами. Конструкция БМК
позволяет создавать функциональные ячейки различного уровня сложности, в том
числе имеется возможность объединения в рамках одной библиотечной функциональной ячейки нескольких независимых логических функций. Существенным недостатком таких ячеек является следующее: при разработке электрической схемы логические функции подобных ячеек могут использоваться в несвязанных частях схемы, которые для эффективного использования трассировочных ресурсов целесообразно располагать в разных местах поля БМК. Поэтому в
библиотеке 5503 реализован принцип – в одной библиотечной ячейке одна логическая функция.
На качество топологии микросхемы также влияет применение многовходовых функциональных ячеек. Они вызывают локальные перегрузки в топологии
БИС. Например, чтобы выполнить разводку четырехвходовой логической ячейки, к ней должны подойти четыре входные и одна выходная трасса. Это локально
перегружает каналы трассировки и значительно осложняет разработку топологии. Такие функциональные ячейки, как правило, могут быть реализованы в виде
составных ячеек. Например, функциональная ячейка 4И реализуется на двух ячейках 2И НЕ и ячейке 2ИЛИ НЕ. При этом топологический размер составной функциональной ячейки равен топологическому размеру функциональной ячейки 4И,
а локальной перегрузки топологии можно избежать благодаря возможности свободного размещения входящих в ее состав ячеек 2И-НЕ и 2ИЛИ-НЕ.
В библиотеке 5503 реализованы группы функциональных ячеек, выполняющие логические функции от двух и трех переменных, в полном объеме с учетом
инверсии всех входов. Логические функциональные ячейки от четырех и более
переменных реализованы как макроячейки, что позволяет при разработке топологии в каждом конкретном случае оптимально размещать на поле БМК библиотечные ячейки, входящие в их состав, и не допускать возникновения локальных
перегрузок в каналах трассировки.
Следует также отметить, что в состав библиотеки входят триггеры, ориентированные как на асинхронные, так и на синхронные методы проектирования.
Электрические параметры
Электрические параметры микросхем в основном определяются характеристиками периферийных ячеек. При поставке изготовитель гарантирует соответствие
электрических параметров микросхем значениям, указанным в Технических условиях на микросхемы и подтвержденным квалификационными испытаниями.
Различают номинальные значения электрических параметров микросхем,
предельнодопустимые и предельные режимы эксплуатации микросхем. Номинальные значения электрических параметров контролируются при изготовлении и
поставке микросхем, гарантируются в процессе их эксплуатации в режимах и условиях, допускаемых Техническими условиями.
Значения электрических параметров микросхем на БМК серий 5503 и 5507
приведены в таблицах 1–4.
Электрические параметры серии 5503
Номинальное значение напряжения питания UСС = 5 В ± 10%.
Предельнодопустимые режимы эксплуатации – это внешние по отношению
к микросхеме электрические параметры, в пределах значений которых допуска
ется эксплуатация микросхемы. Превышение предельных режимов может приве
сти к отказу микросхемы.
Основные группы функциональных ячеек
Условные обозначения функциональных ячеек библиотеки 5503 включают в себя
буквенное обозначение выполняемой функции, разрядность, состав управляю
щих входов и номер модификации. В соответствии с этим ячейки, принадлежа
щие одной функциональной группе, имеют одинаковое обозначение выполняе
мой функции. Система обозначений распространяется как на базовые функцио
нальные ячейки, так и на макроячейки. В состав библиотеки 5503 входят:
• инверторы;
• буферы;
• логические функциональные ячейки;
• триггеры;
• триггеры Шмитта;
• периферийные ячейки и драйверы;
• компараторы;
• мультиплексоры;
• демультиплексоры;
• дешифраторы;
• шифраторы;
• сумматоры;
• счетчики;
• регистры данных;
• регистры сдвига;
• аналого цифровые компараторы;
• операционные усилители;
• специальные функциональные ячейки.
Для удобства поиска требуемой функциональной ячейки в данном разделе
приведены описания групп базовых ячеек, в которых указаны страницы с описа
нием конкретных функциональных ячеек из каждой группы и имена макроячеек,
входящих в группу.
Инверторы
Инвертор – функциональная ячейка, обеспечивающая усиление цифрового сиг
нала с инверсией его логического уровня. В состав библиотеки входят инверторы
с различным уровнем нагрузочной способности, а также инверторы, которые, по
мимо логических уровней «0» и «1», позволяют формировать на их выходе высо
коимпедансное состояние, что обеспечивает возможность организации в микро
схеме внутренних шин данных. Указанные инверторы для управления состояни
ем выхода имеют дополнительный вход управления.
Обозначение инвертора включает в себя обозначение функции и номер мо
дификации.
INV 3
номер обозначение ф ункции р модификаци и
Обозначение функции может принимать следующие значения:
INV – инвертор с одним инверсным выходом;
INVE – инвертор с тремя выходными состояниями с разрешением высоким
уровнем;
INVT – инвертор с тремя выходными состояниями с разрешением низким
уровнем.
Номер модификации соответствует количеству параллельно включенных ин
верторов, принимает значения 2, 3. Для одиночного инвертора номер модифика
ции отсутствует.
Буферы
Буфер – это функциональная ячейка, обеспечивающая усиление цифрового сиг
нала без изменения его логического уровня. В состав библиотеки входят буферы с
различным допустимым уровнем нагрузочной способности. Для расширения фун
кциональных возможностей ряд буферов имеет парафазные выходы.
Для организации внутренних шин данных в состав библиотеки введены буфе
ры, позволяющие формировать на их выходе высокоимпедансное состояние. Ука
занные буферы для управления состоянием выхода имеют дополнительный вход
управления.
Обозначение буфера включает в себя обозначение функции и номер модифи
кации.
BUF 3
номер модифиобозначение функции каци и
Обозначение функции может принимать следующие значения:
BUF – буфер с одним прямым выходом;
BUFP– буфер с парафазным выходом;
BUFE– буфер с тремя выходными состояниями с разрешением высоким уров
нем;
BUFT– буфер с тремя выходными состояниями с разрешением низким уров
нем.
Номер модификации определяет нагрузочную способность выходного сигна
ла буфера и соответствует количеству параллельно включенных инверторов вы
ходного каскада, принимает значения 2, 3. Для одиночного буфера номер моди
фикации отсутствует.
Логические функциональные ячейки
При реализации схем требуются самые разнообразные логические ячейки. В биб
лиотеке реализованы полные с точки зрения состава прямых и инверсных входов
наборы логических функциональных ячеек от двух и трех переменных (кроме ячеек
XOR3 и XNOR3, реализованных в виде макроячеек). Функциональные ячейки от
четырех до девяти переменных также реализованы в виде макроячеек. При этом
макроячейки от четырех и пяти переменных имеют полный набор прямых и ин
версных входов, ячейки от шести до девяти переменных – только прямые входы.
Библиотека содержит функциональные ячейки, выполняющие типовую ло
гическую функцию, и составные логические ячейки.
Обозначение логической функциональной ячейки, выполняющей типовую
логическую функцию, включает в себя обозначение функции, общее количество
входов, признак и количество инверсных входов.
OR 3 B 2
количество инверсных
входов
признак инверсных входов
обозначение ф ункции
количество в ходов
Обозначение функции может принимать следующие значения:
AND – функция И;
MAJ – функция мажорирования;
NAN – функция И НЕ;
NOR – функция ИЛИ НЕ;
OR – функция ИЛИ;
XOR – функция исключающего ИЛИ;
XNOR – функция исключающего ИЛИ с инверсией.
Признак наличия инверсных входов не указывается в случае отсутствия ин
версных входов. Для ячеек, выполняющих функцию мажорирования, не указы
вается количество входов.
Обозначение составной логической функциональной ячейки включает в себя
обозначение функций, выполняемых ячейкой в соответствии с их последователь
ностью, количество входов элементов первого каскада, номер модификации дан
ной ячейки.
А 3 2 O 3 О I 2
номер обозначение функций модификаци и
первого каскада
обозначение функции
количество входов третьего каскада
функций первого каскада обозначение функции
второго каскада
Обозначение функций может принимать следующие значения:
A – функция И;
O– функция ИЛИ;
I – функция инверсии.
Библиотечная функциональная ячейка может содержать два или три каскада.
В начале имени функциональной ячейки указывается обозначение функции пер
вого каскада, который может содержать несколько элементов данной функции, и
количество входов каждого из этих элементов данной функции. Затем указывает
ся обозначение функции первого каскада, содержащей только один элемент. После
этого указывается обозначение функций второго и третьего каскадов. Модифи
кацией функциональной ячейки является ячейка, выполняющая ту же функцию
и имеющая то же количество входов, но содержащая инверсные входы. Номер
модификации может отсутствовать.
Ниже приведен состав базовых логических ячеек библиотеки 5503, выполня
ющих сложную функцию. Реализуемая функция описана в виде формул, инверс
ные входы в конце имени обозначены буквой В.
Триггеры RS типа
Триггер RS типа – это функциональная ячейка памяти, имеющая два устойчивых
состояния, определяемых сигналами управления.
Как известно, триггеры RS типа при наличии активных сигналов на входах R
и S имеют запрещенную комбинацию, при которой прямой и инверсный выходы
триггера находятся в одном и том же логическом состоянии. Библиотека функци
ональных ячеек содержит модификации RS триггера, не имеющие запрещенных
комбинаций за счет реализации приоритета одного из входов. Это RSS триггер с
приоритетом сигнала S, RSR триггер с приоритетом сигнала R и RSK триггер с
приоритетом режима хранения информации. В состав библиотеки входят также
триггеры, синхронизируемые по активному уровню сигнала управления, с при
оритетом сигнала R и приоритетом сигнала S. Все указанные триггеры реализова
ны в базисе активных входных сигналов высокого и низкого уровня.
Обозначение триггера RS типа включает в себя обозначение типа триггера,
признак разрешения записи и признак инверсии входных сигналов.
RSR E B
тип триггера
признак разрешения
записи признак к инверси и
Тип RS триггера может принимать следующие значения:
RS – триггер RS типа с запрещенной комбинацией;
RSS – триггер с приоритетом установки SET (S типа);
RSR – триггер с приоритетом сброса RESET (R типа);
RSK – триггер с приоритетом хранения (K типа).
Признак E указывает на наличие сигнала разрешения записи (вход Е).
Признак В означает, что сигналы управления (входы R, S и Е) имеют актив
ный низкий уровень.
Триггеры D типа с разрешением записи по уровню
Триггер D типа с разрешением записи по уровню – это функциональная ячейка
памяти, имеющая два устойчивых состояния, которые изменяются при наличии
активного уровня сигнала синхронизации в зависимости от данных на входе D.
Обозначение триггера включает в себя тип триггера (LD), состав и приори
тетность сигналов управления, признак наличия сигнала разрешения синхрони
зации и признак инверсии сигнала синхронизации.
LD CP E B
состав и приоритетность
сигналов управления
тип триггера
признак инверсии
сигнала синхронизаци и
признак наличия сигнала
разрешения синхронизации
В обозначении триггера указываются состав и приоритетность управляющих
сигналов установки и сброса, причем первым указывается тот сигнал, который
имеет более высокий приоритет. В качестве управляющих могут использоваться
следующие сигналы:
C – асинхронный сброс (вход CLR);
P – асинхронная установка (вход PRЕ).
Признак E указывает на наличие сигнала разрешения записи (вход СЕ).
Признак В означает, что активным является низкий уровень сигнала синхро
низации (вход С).
Триггеры с записью по фронту
Триггер с записью по фронту – это функциональная ячейка памяти, имеющая два
устойчивых состояния, которые изменяются при появлении активного фронта
сигнала синхронизации в зависимости от состояния сигналов управления.
Обозначение триггера включает в себя обозначение типа триггера, состав и
приоритетность сигналов управления, тип предустановки, признаки и номер мо
дификации.
FD SR L E B 2
номер модификации
признак инверсии
сигнала синхронизации
признак наличия сигнала
разрешения запис и
тип триггера
состав и приоритетность
сигналов управления
тип предустановки
В библиотеке реализованы следующие типы триггеров:
FС – детектор фронта;
FD – триггер D типа;
FJK – триггер JK типа;
FТ – счетный триггер Т типа.
В обозначении триггера указываются состав и приоритетность сигналов управ
ления. Первым указывается тот сигнал, который имеет высший приоритет. В каче
стве управляющих могут использоваться следующие сигналы:
C – асинхронный сброс (вход CLR);
P – асинхронная установка (вход PRE);
R – синхронный сброс (вход R);
S – синхронная установка (вход S).
Тип предустановки может отсутствовать или принимать следующие значения:
L – синхронная предустановка (вход L);
I – асинхронная предустановка (вход I).
Признак наличия сигнала разрешения E указывает на наличие в триггере вхо
да разрешения сигнала синхронизации (вход E), также может отсутствовать.
Признак инверсии В означает, что активным для триггера является задний
фронт сигнала синхронизации.
Модификациями считаются триггеры, имеющие дополнительные входные сиг
налы, номер модификации может отсутствовать.
Триггеры сканирования для организации тестирования
Триггер сканирования – это функциональная ячейка памяти, имеющая два ус
тойчивых состояния, которые изменяются при появлении активного фронта сиг
нала синхронизации либо через вход данных, либо через вход сканирования в за
висимости от состояния сигналов управления.
Обозначение триггера включает в себя обозначение типа триггера, состав и
приоритетность сигналов управления и признаки.
SFD СР E B
признак инверсии
сигнала синхронизации
признак наличия сигнала
разрешения запис и
тип триггера
состав и приоритетность
сигналов управления
В обозначении триггера указываются состав и приоритетность сигналов уп
равления. Первым указывается тот сигнал, который имеет высший приоритет.
В качестве управляющих могут использоваться следующие сигналы:
C – асинхронный сброс (вход CLR);
P – асинхронная установка (вход PRE).
Признак наличия сигнала разрешения E указывает на наличие в триггере вхо
да разрешения сигнала синхронизации (вход E), также может отсутствовать.
Признак инверсии В означает, что активным для триггера является задний
фронт сигнала синхронизации.
Триггеры Шмитта
Триггер Шмитта – это функциональная ячейка, предназначенная для преобразо
вания непрерывно меняющегося сигнала в набор прямоугольных импульсов.
Вольтамперная характеристика триггера Шмитта представляет собой петлю
гистерезиса. Это позволяет использовать данную ячейку в качестве формирова
теля прямоугольных импульсов из входного напряжения произвольной формы.
Обозначение триггера Шмитта включает в себя тип ячейки и номер модифи
кации.
TS 1
номер тип тр иггера Шмитта мер модификации
Тип триггера Шмитта может принимать следующие значения:
TS – триггер Шмитта КМОП уровня;
TSTTL – триггер Шмитта ТТЛ уровня.
Модификациями являются триггеры Шмитта, имеющие различные значения
гистерезиса.
Периферийные ячейки входа
Ячейка входа – это функциональная ячейка, обеспечивающая передачу цифро
вого или аналогового сигнала с внешнего вывода БИС внутрь поля БМК.
Обозначение ячейки входа включает тип ячейки, номер модификации резис
тора доопределения и признак отсутствия верхнего защитного диода.
IА D 3 М
тип я чейки входа
номер модификации
резистора доопределения
признак отсутствия верхнего
защитного диода
т ип р езистора
доопределения
Тип ячейки входа может принимать следующие значения:
IA – вход аналоговый;
IDBL – вход цифровой с инверсным маломощным выходом (используется для
реализации RC и кварцевых генераторов);
IDР – вход цифровой с парафазным выходом;
ITL – вход цифровой с триггером Шмитта ТТЛ уровня и парафазным вы
ходом;
ITS – вход цифровой с триггером Шмитта и парафазным выходом.
Тип резистора доопределения может принимать следующие значения:
D – резистор доопределения до низкого уровня;
U – резистор доопределения до высокого уровня.
Буква М обозначает отсутствие в ячейке диода электростатической защиты,
подключенного к шине «Питание», что позволяет применять ячейку в системах с
«холодным» резервом.
Входные ячейки ITL, ITLDi, ITLUi, ITS, ITSDi, ITSUi реализованы в виде мак
роячеек.
Периферийные ячейки выхода
Ячейка выхода – это функциональная ячейка, обеспечивающая передачу инфор
мации из поля БМК на внешний вывод БИС.
Обозначение ячейки выхода включает тип ячейки, тип доопределения и но
мер модификации резистора доопределения.
ОDРN U 3
номер модификации
резистора доопределения
тип я чейки выхода
тип доопределения
Тип ячейки выхода может принимать следующие значения:
ОА – аналоговый потенциальный выход;
OD – цифровой выход с двумя состояниями;
ODPN – цифровой выход с раздельным управлением выходными транзисто
рами;
ODЕ – цифровой выход с тремя состояниями.
Тип доопределения может отсутствовать или принимать значения:
D – доопределение до низкого уровня;
U – доопределение до высокого уровня.
Выходные ячейки ODЕ, ODЕDi, ODEUi реализованы в виде макроячеек.
Периферийные ячейки входа/выхода
Ячейка входа/выхода – это функциональная ячейка, обеспечивающая пере
дачу информации как с внешнего вывода БИС внутрь поля БМК, так и из поля
БМК на внешний вывод БИС.
Обозначение ячейки входа/выхода включает тип и номер модификации ячей
ки, тип доопределения, номер модификации резистора доопределения и признак
отсутствия верхнего защитного диода.
IAPN 1 U 3 М
тип ячейки входа/выхода
номер модификации
ячейки
тип доопределения
признак отсутствия
верхнего защитного диод а
номер модификации
резистора доопределения
Тип ячейки входа/выхода может принимать следующие значения:
IAOINV – вход аналоговый / выход цифровой для реализации RC генера
торов;
IAОN – вход аналоговый / выход цифровой с открытым стоком n транзис
тора;
IAPN – вход аналоговый / выход цифровой с раздельным управлением вы
ходными транзисторами;
IOD – вход/выход цифровой;
ION – вход/выход цифровой с открытым стоком n транзистора;
IOP – вход/выход цифровой с открытым стоком р транзистора;
IOPN – вход/выход цифровой с раздельным управлением выходными тран
зисторами;
IOTL – вход цифровой с триггером Шмитта ТТЛ уровня / выход цифровой;
IOTS – вход цифровой с триггером Шмитта / выход цифровой.
Тип доопределения может отсутствовать или принимать следующие значения:
D – доопределение до низкого уровня;
U – доопределение до высокого уровня.
Ячейки вход/выхода IOD, IODDi, IODUi, IOTL, IOTLDi, ITLUi, IOTS, IOTSDi,
IOTSUi реализованы в виде макроячеек.
Драйверы периферийных ячеек
Драйвер периферийной ячейки – это функциональная ячейка, обеспечивающая
формирование сигналов управления периферийной ячейкой для реализации ею
функции выхода или входа/выхода.
Обозначение драйвера включает тип драйвера и признак наличия в драйвере
парафазного выхода.
DRVЕ H Р
признак наличия
парафазного выхода
тип драйвера
тип доопределения
Тип драйвера может принимать следующие значения:
DRV – драйвер для организации выхода;
DRVE – драйвер для организации входа/выхода.
Тип доопределения указывает, каким образом высокоимпедансное состояние
на внешнем выводе БИС доопределяется до логически определенного уровня, и
может принимать следующие значения:
D – в периферийной ячейке включается резистор доопределения до низкого
уровня;
U – в периферийной ячейке включается резистор доопределения до высоко
го уровня;
H – в периферийной ячейке кратковременно включается мощный выходной
транзистор р типа, обеспечивающий быстрое переключение сигнала на
внешнем выводе микросхемы из состояния низкого уровня в состояние
высокого уровня (формирование «подброса») с последующим удержани
ем высокого уровня резистором доопределения.
Признак P обозначает наличие в драйвере парафазного выхода для усиления
и передачи в поле БМК логических сигналов с внешнего вывода БИС (может от
сутствовать).
Различные типы драйверов предназначены для управления теми или иными
периферийными ячейками. Варианты подключения периферийных ячеек и драй
веров указаны в рекомендациях по применению в описаниях соответствующих
периферийных ячеек и драйверов.
Компараторы цифровые
Цифровой компаратор – это функциональная ячейка, выполняющая логическую
функцию сравнения двух бинарных чисел. В состав библиотеки входят компара
торы, формирующие сигнал эквивалентности, и компараторы, формирующие
сигналы сравнения «больше» и «меньше».
Обозначение компаратора включает в себя тип компаратора и разрядность
сравниваемых бинарных чисел.
COMP 4
разрядносттип компаратора ь
Тип компаратора может принимать следующие значения:
COMP – сравнение двух чисел с формированием сигнала эквивалентности
(выход EQ);
COMPM – сравнение двух чисел с формированием сигналов сравнения
«больше» (выход GT) и «меньше» (выход LT).
Разрядность сравниваемых бинарных чисел может принимать значения 2, 4,
8, 16. Для одноразрядных компараторов разрядность не указывается.
Цифровые компараторы сравнения 4, 8 и 16 разрядных бинарных чисел реа
лизованы в виде макроячеек. Их функциональные схемы приведены ниже.
Функциональная схема компаратора COMPn
с формированием сигнала эквивалентности
EQ
&
COMP
А =
EQ
B
A0
B0
COMP
А =
EQ
B
A1
B1
&
COMP
А =
EQ
B
An 2
Bn 2
COMP
А =
EQ
B
An 1
Bn 1
&
1-26
1
Функциональная схема компаратора COMPMn
с формированием сигналов сравнения
GT
& 1
COMPМ
А GT
B LT
>
<
A0
B0
COMPМ
А GT
B LT
>
<
A1
B1
1
& 1
1
& 1
& 1
& 1
COMPМ
А GT
B LT
>
<
An 2
Bn 2
COMPМ
А GT
B LT
>
<
An 1
Bn 1
1
& 1
LT
Мультиплексоры
Мультиплексор – это функциональная ячейка, выполняющая функцию переда
чи одного из нескольких входных сигналов на выход в зависимости от значения
управляющих сигналов.
Обозначение мультиплексора включает в себя тип мультиплексора, количе
ство входных шин, разрядность мультиплексора, тип управления и признак ин
версии выхода.
MX 8 4 E B
количество в ходных шин
тип управления
тип мультиплексора
разрядность
мультиплексора
признак инверсии выхода
библиотеке реализованы мультиплексоры двух типов:
МХ – мультиплексор цифровых сигналов;
МХА – мультиплексор аналоговых сигналов.
Тип управления определяет схемотехническую реализацию мультиплексора.
Для мультиплексоров параллельного типа с управлением двоичным кодом тип
управления не указывается, а для мультиплексоров последовательного типа с уп
равлением набором независимых сигналов указывается тип Е.
Одноразрядные мультиплексоры реализованы в виде базовых ячеек. Тип уп
равления в них не указывается.
В виде макроячеек в библиотеке реализованы последовательные мультиплек
соры без инверсии выходного сигнала с количеством входных шин 2, 3, 4, 5, 6, 7,
8 и разрядностью шин 2, 4, 8 и 16 бит и параллельные мультиплексоры без инвер
сии выходного сигнала с количеством входных шин 2, 4, 8, 16 и разрядностью
шин 2, 4, 8 и 16 бит.
Функциональная схема последовательного мультиплексора МХmnE
Em
E0
D1 n
Dm n
D0 n &
& 1
Q
E1
& 1
n
Последовательные мультиплексоры могут иметь большую собственную задер
жку, т.к. количество каскадов мультиплексора равно количеству входных шин,
причем задержка передачи сигнала каждой входной шины на выход различна и
определяется местоположением шины в мультиплексоре. Наименьшую задержку
имеют каскады, расположенные ближе к выходу мультиплексора.
Последовательные мультиплексоры требуют небольших ресурсов при развод
ке топологии, если они размещаются покаскадно в непосредственной близости
от источников входных сигналов. В этом случае разводка между каскадами муль
1-28
1
типлексора занимает одну трассу канала трассировки на один разряд мультиплек
сора, т.к. каждый последующий каскад связан с предыдущим только одной свя
зью. Таким образом, последовательные мультиплексоры оптимально реализуют
ся в топологии БИС и имеют малую задержку для каскадов, расположенных бли
же к выходу мультиплексора.
Функциональная схема параллельного мультиплексора МХ8nS
O
D0 MX
D1
S0
D0 MX
D1
S0
D0 MX
D1
S0
Dm
1 n
S0
Sk 1
Dm
2 n
BUF
BUF
D1 n
D0 n
n
Параллельные мультиплексоры для всех входных шин имеют примерно оди
наковую задержку до выхода.
Каждый каскад в параллельном мультиплексоре связан с другими каскадами
тремя связями, что создает значительную нагрузку на ресурсы трассировки БМК
при синтезе топологии БИС. Поэтому параллельные мультиплексоры удобно при
менять для схем, в которых источники сигналов могут быть попарно сгруппирова
ны и размещены поразрядно группами. В этом случае источники сигналов разме
щаются так, чтобы мультиплексоры каждого разряда могли быть расположены
вертикальными столбцами, а результирующие сигналы каскадов мультиплексора
объединялись в центре каждого столбца.
Демультиплексоры
Демультиплексор – функциональная ячейка, выполняющая функцию передачи вход
ного сигнала на одно из нескольких направлений, определяемых входным адресом.
Обозначение демультиплексора включает в себя тип демультиплексора и ко
личество выходных сигналов.
DMX 4
тип демультиплексора количество выходов
В библиотеке реализованы демультиплексоры двух типов:
DMX – демультиплексор цифровых сигналов;
DMXA – демультиплексор аналоговых сигналов.
Для 2 разрядного демультиплексора количество выходов не указывается.
Демультиплексоры цифровых и аналоговых сигналов с количеством выходов
4, 8 и 16 реализованы в виде макроячеек. Функциональная схема цифрового де
мультиплексора представлена ниже.
Функциональная схема цифрового демультиплексора DMXn
Дешифратор
D
&
On 1
&
O0
S0
Sk 1
Дешифраторы
Дешифратор – функциональная ячейка, обеспечивающая преобразование бинар
ного кода в набор цифровых сигналов.
Обозначение дешифратора включает в себя тип ячейки, разрядность входно
го бинарного кода, количество выходных сигналов и признак наличия сигнала
стробирования.
DС 4 16 E
тип ячейки
количество выходных
сигналов
разрядность
входного кода
признак стробировани я
Дешифраторы обозначаются DC и реализованы в виде макроячеек. В состав биб
лиотеки входят нестробируемые и стробируемые полные дешифраторы 2, 3 и 4 раз
рядного кода, дешифратор 4 разрядного кода в 10 выходных сигналов и дешифра
тор семисегментного индикатора. Признак стробирования в обозначении нестро
бируемых дешифраторов отсутствует.
Функциональные схемы нестробируемых и стробируемых дешифраторов пред
ставлены ниже.
1-30
1
Функциональная схема нестробируемого дешифратора DCkn
1
1
A0
D0
Ak 1
Комбинационная
схема
Dn 1
Функциональная схема стробируемого дешифратора DCknE
&
Dn 1
1
1
A0
Ak 1
Комбинационная
схема
&
D0
E
Следует также отметить, что на выходах нестробируемых дешифраторов при
изменении входного кода за счет разброса задержек в комбинационной схеме воз
никает дребезг (многократное функционально необоснованное изменение сиг
нала), что необходимо учитывать при разработке схем. Поэтому целесообразнее
использовать стробируемые дешифраторы, в которых дребезг можно устранить
сигналом стробирования.
Шифраторы
Шифратор – это функциональная ячейка, выполняющая функцию преобразова
ния набора цифровых сигналов в бинарный код.
Обозначение шифратора включает в себя тип ячейка, количество входных
сигналов, разрядность выходного бинарного кода и признак сигнала разрешения.
COD 16 4 E
признак сигнала разрешени я
разрядность выходного кода
т ип ячейки
количество входов
Шифраторы обозначаются COD и реализованы в виде макроячеек. В их со
став входят нестробируемые и стробируемые шифраторы на 4, 8, 10 и 16 входов.
Входы шифраторов имеют обозначение I0 … In–1, выходы кодированного сигнала
COD0 … CODk–1 и выход признака отсутствия данных на входе ZERO. Сигнал раз
решения E обеспечивает стробирование выходного кода. Признак стробирова
ния в обозначении нестробируемых шифраторов отсутствует.
Функциональные схемы нестробируемых и стробируемых дешифраторов пред
ставлены ниже.
Функциональная схема нестробируемого шифратора CODnk
Комбина
ционная
схема
I0
In 1
COD0
ZERO
CODk 1
Функциональная схема стробируемого шифратора CODnkE
Комбинационная
схема E
&
In 1
COD0
&
CODk 1
I0
& ZERO
Следует также отметить, что на выходах нестробируемых шифраторов при из
менении входного кода может возникать дребезг, что необходимо учитывать при
разработке схем.
Сумматоры
Сумматор – это функциональная ячейка, выполняющая функцию логического
сложения двух чисел.
Обозначение сумматора включает в себя тип ячейки, разрядность суммируе
мых чисел и признак модификации.
Сумматоры обозначаются ADD. Многоразрядные сумматоры реализованы в
виде макроячеек. Модификации образуют сумматоры, в которых отсутствует вход
переноса в младшем разряде, и обозначаются буквой Х.
В библиотеке 5503 в виде макроячеек реализованы 2, 4, 8 и 16 разрядные сум
маторы. Функциональные схемы этих сумматоров приведены ниже.
Функциональные схемы сумматоров
АDD1
CI Σ
A0 S0
B0 CO
CI
A0
A0
S0
АDD1
CI Σ
A0 S0
B0 CO
A1
B1
S1
АDD1
CI Σ
A0 S0
B0 CO
CO
An 1
Bn 1
Sn 1
Полный сумматор
ADDn
Сумматор ADDnX
без переноса
из предыдущего разряда
АDD1X
Σ
A0 S0
B0 CO
A0
A0
S0
АDD1
CI Σ
A0 S0
B0 CO
A1
B1
S1
АDD1
CI Σ
A0 S0
B0 CO
CO
An 1
Bn 1
Sn 1
Счетчики
Счетчик – это функциональная ячейка, формирующая код, пропорциональный
количеству входных тактовых импульсов.
Обозначение счетчика включает в себя тип счетчика, разрядность, признаки
управляющих сигналов и номер модификации.
ADD 4 X
признак
тип ячейки модификации
разрядность
СD 4 R L E D 3
разрядность счетчика
номер модификации
признак наличия сигнала
признак предустановки разрешения счета
ти п счетчика
тип сброса
признак выбора прямого
или реверсивного счета
Тип счетчика может принимать следующие значения:
CB – двоичный синхронный счетчик;
CR – двоичный последовательный счетчик;
CV – двоичный последовательный счетчик с переменным коэффициентом
счета;
CD – десятичный синхронный счетчик;
CJ – счетчик Джонсона.
Тип сброса принимает значение R в случае наличия в счетчике синхронного
сброса и значение С в случае наличия асинхронного сброса.
Наличие признака предустановки указывает на возможность параллельной за
писи данных в счетчик (предустановка счетчика). Признак может отсутствовать
или принимать значения:
L – синхронная предустановка с синхронизацией по входу C;
I – асинхронная предустановка.
Признак наличия сигнала разрешения счета E указывает на реализацию син
хронного счетчика на основе триггеров с разрешением записи по входу Е, может
отсутствовать.
Наличие признака выбора прямого или реверсивного счета D соответствует
счетчикам, в которых имеется возможность выбора направления счета.
Счетчики одного типа могут иметь модификации, которыми считаются ка
кие либо отличия, например инверсные входные сигналы или разный коэффи
циент счета. В этом случае в имени счетчика добавляется номер модификации
(в частном случае равный коэффициенту счета). При отсутствии модификаций
номер модификации отсутствует.
В библиотеке реализованы синхронные и асинхронные счетчики с различным
коэффициентом счета.
В асинхронных счетчиках тактовая частота поступает только на младший раз
ряд, каждый последующий разряд тактируется изменением выходного сигнала пре
дыдущего разряда, т.е. тактирование разрядов осуществляется асинхронно. То
пологическая реализация счетчика не влияет на его функционирование. Недо
статком таких счетчиков является значительная, зависящая от состояния счетчи
ка задержка и асинхронность изменения разрядов при формировании выходного
кода. Максимальная задержка счетчика равна суммарной задержке всех его раз
рядов.
Библиотека функциональных ячеек является основой для реализации схемотехнических решений конкретных БИС и во многом определяет качество проектирования. Для обеспечения бездефектного проектирования библиотека должна
удовлетворять следующим требованиям:
1) включать в свой состав все основные группы функциональных ячеек;
2) иметь удобную для пользователя систему обозначений;
3) учитывать специфические особенности БМК.
Структура библиотеки
Чем шире спектр функций, реализуемых функциональными ячейками, тем качественнее и быстрее может быть проведена разработка микросхемы. Поэтому желательно, чтобы библиотека имела возможности оперативного расширения разработчиком БИС. С дугой стороны, настройка САПР на новые функциональные
ячейки – сложный и трудоемкий процесс, который выполняется разработчиками
САПР и БМК. Данное противоречие в библиотеке 5503 решено ее разбиением на
две структурные части:
– базовые функциональные ячейки, имеющие фиксированные топологии;
– макроячейки, реализованные на базовых функциональных ячейках.
Благодаря этому состав макроячеек может расширяться, совершенствоваться
и изменяться без изменения настроек САПР. Состав же базовых ячеек зафиксирован. Базовые функциональные ячейки в процессе их разработки тщательно исследуются и аттестуются, после чего вводятся в состав библиотеки.
Система обозначений
Система обозначений библиотечных функциональных ячеек в первую очередь
определяет удобство пользования библиотекой и эффективность труда разработчика. Можно выделить три основных типа построения системы обозначений:
1) по формальному принципу;
2) с учетом конструктивных особенностей ячеек;
3) по функциональному принципу.
При построении системы обозначений по формальному принципу имена библиотечных ячеек состоят из обозначения типа функциональной ячейки и ее порядкового номера. Формальная система обозначений не отражает ни конструктивных особенностей, ни выполняемых ячейками функций и поэтому не является удобной для пользователя.
В системе обозначений, построенной по конструктивному принципу, имена функциональных ячеек включают в себя обозначение типа топологической ячейки, с
которой начинается топологическая реализация функциональной ячейки, количество использованных топологических ячеек, обозначение типа ячейки, которой заканчивается топология, и порядковый номер функциональной ячейки с указанным
топологическим размером. В данной системе обозначений в имени библиотечной
ячейки кодируется ее размер и порядковый номер. Такая система обозначения облегчает разработку топологии, но совсем не удобна при проектировании электрической
схемы, т.к. имя функциональной ячейки не отражает выполняемой ею функции.
Наиболее удобной является система обозначений, построенная по функциональному принципу, которая и принята в библиотеке 5503. Обозначение ячейки
включает в себя выполняемую функцию, состав и значение активного уровня сигналов, приоритетность входных сигналов, а также схемотехнические особенности реализации ячейки.
Учет специфики БМК
Библиотека функциональных ячеек 5503 имеет особенности, учитывающие специфику конструкции БМК серий 5503 и 5507. В первую очередь – это использование в качестве слоя разводки шин поликремния, а также конструкция базовой
ячейки поля БМК и каналов трассировки. Эти особенности определяют требования, которым должны удовлетворять библиотечные функциональные ячейки.
Применение поликремния, имеющего значительное удельное сопротивление,
в качестве разводочного слоя обуславливает существенное различие в задержках
распространения сигнала по поликремнию и металлу. Особенно это сказывается
в триггерах с раздельным парафазным тактированием. В таких триггерах за счет
разбаланса топологических задержек в цепях синхронизации может возникать
нарушение синхронности парафазных сигналов, что вызывает ошибки функционирования триггера. Избежать этого можно корректной реализацией цепей синхронизации в рамках библиотечной функциональной ячейки. Поэтому в библиотеке 5503 все триггеры с записью по уровню и по фронту имеют один вход сигнала
синхронизации.
Базовая ячейка поля БМК серий 5503 и 5507 представляет собой две пары комплиментарных транзисторов с объединенными затворами. Конструкция БМК
позволяет создавать функциональные ячейки различного уровня сложности, в том
числе имеется возможность объединения в рамках одной библиотечной функциональной ячейки нескольких независимых логических функций. Существенным недостатком таких ячеек является следующее: при разработке электрической схемы логические функции подобных ячеек могут использоваться в несвязанных частях схемы, которые для эффективного использования трассировочных ресурсов целесообразно располагать в разных местах поля БМК. Поэтому в
библиотеке 5503 реализован принцип – в одной библиотечной ячейке одна логическая функция.
На качество топологии микросхемы также влияет применение многовходовых функциональных ячеек. Они вызывают локальные перегрузки в топологии
БИС. Например, чтобы выполнить разводку четырехвходовой логической ячейки, к ней должны подойти четыре входные и одна выходная трасса. Это локально
перегружает каналы трассировки и значительно осложняет разработку топологии. Такие функциональные ячейки, как правило, могут быть реализованы в виде
составных ячеек. Например, функциональная ячейка 4И реализуется на двух ячейках 2И НЕ и ячейке 2ИЛИ НЕ. При этом топологический размер составной функциональной ячейки равен топологическому размеру функциональной ячейки 4И,
а локальной перегрузки топологии можно избежать благодаря возможности свободного размещения входящих в ее состав ячеек 2И-НЕ и 2ИЛИ-НЕ.
В библиотеке 5503 реализованы группы функциональных ячеек, выполняющие логические функции от двух и трех переменных, в полном объеме с учетом
инверсии всех входов. Логические функциональные ячейки от четырех и более
переменных реализованы как макроячейки, что позволяет при разработке топологии в каждом конкретном случае оптимально размещать на поле БМК библиотечные ячейки, входящие в их состав, и не допускать возникновения локальных
перегрузок в каналах трассировки.
Следует также отметить, что в состав библиотеки входят триггеры, ориентированные как на асинхронные, так и на синхронные методы проектирования.
Электрические параметры
Электрические параметры микросхем в основном определяются характеристиками периферийных ячеек. При поставке изготовитель гарантирует соответствие
электрических параметров микросхем значениям, указанным в Технических условиях на микросхемы и подтвержденным квалификационными испытаниями.
Различают номинальные значения электрических параметров микросхем,
предельнодопустимые и предельные режимы эксплуатации микросхем. Номинальные значения электрических параметров контролируются при изготовлении и
поставке микросхем, гарантируются в процессе их эксплуатации в режимах и условиях, допускаемых Техническими условиями.
Значения электрических параметров микросхем на БМК серий 5503 и 5507
приведены в таблицах 1–4.
Электрические параметры серии 5503
Номинальное значение напряжения питания UСС = 5 В ± 10%.
Предельнодопустимые режимы эксплуатации – это внешние по отношению
к микросхеме электрические параметры, в пределах значений которых допуска
ется эксплуатация микросхемы. Превышение предельных режимов может приве
сти к отказу микросхемы.
Основные группы функциональных ячеек
Условные обозначения функциональных ячеек библиотеки 5503 включают в себя
буквенное обозначение выполняемой функции, разрядность, состав управляю
щих входов и номер модификации. В соответствии с этим ячейки, принадлежа
щие одной функциональной группе, имеют одинаковое обозначение выполняе
мой функции. Система обозначений распространяется как на базовые функцио
нальные ячейки, так и на макроячейки. В состав библиотеки 5503 входят:
• инверторы;
• буферы;
• логические функциональные ячейки;
• триггеры;
• триггеры Шмитта;
• периферийные ячейки и драйверы;
• компараторы;
• мультиплексоры;
• демультиплексоры;
• дешифраторы;
• шифраторы;
• сумматоры;
• счетчики;
• регистры данных;
• регистры сдвига;
• аналого цифровые компараторы;
• операционные усилители;
• специальные функциональные ячейки.
Для удобства поиска требуемой функциональной ячейки в данном разделе
приведены описания групп базовых ячеек, в которых указаны страницы с описа
нием конкретных функциональных ячеек из каждой группы и имена макроячеек,
входящих в группу.
Инверторы
Инвертор – функциональная ячейка, обеспечивающая усиление цифрового сиг
нала с инверсией его логического уровня. В состав библиотеки входят инверторы
с различным уровнем нагрузочной способности, а также инверторы, которые, по
мимо логических уровней «0» и «1», позволяют формировать на их выходе высо
коимпедансное состояние, что обеспечивает возможность организации в микро
схеме внутренних шин данных. Указанные инверторы для управления состояни
ем выхода имеют дополнительный вход управления.
Обозначение инвертора включает в себя обозначение функции и номер мо
дификации.
INV 3
номер обозначение ф ункции р модификаци и
Обозначение функции может принимать следующие значения:
INV – инвертор с одним инверсным выходом;
INVE – инвертор с тремя выходными состояниями с разрешением высоким
уровнем;
INVT – инвертор с тремя выходными состояниями с разрешением низким
уровнем.
Номер модификации соответствует количеству параллельно включенных ин
верторов, принимает значения 2, 3. Для одиночного инвертора номер модифика
ции отсутствует.
Буферы
Буфер – это функциональная ячейка, обеспечивающая усиление цифрового сиг
нала без изменения его логического уровня. В состав библиотеки входят буферы с
различным допустимым уровнем нагрузочной способности. Для расширения фун
кциональных возможностей ряд буферов имеет парафазные выходы.
Для организации внутренних шин данных в состав библиотеки введены буфе
ры, позволяющие формировать на их выходе высокоимпедансное состояние. Ука
занные буферы для управления состоянием выхода имеют дополнительный вход
управления.
Обозначение буфера включает в себя обозначение функции и номер модифи
кации.
BUF 3
номер модифиобозначение функции каци и
Обозначение функции может принимать следующие значения:
BUF – буфер с одним прямым выходом;
BUFP– буфер с парафазным выходом;
BUFE– буфер с тремя выходными состояниями с разрешением высоким уров
нем;
BUFT– буфер с тремя выходными состояниями с разрешением низким уров
нем.
Номер модификации определяет нагрузочную способность выходного сигна
ла буфера и соответствует количеству параллельно включенных инверторов вы
ходного каскада, принимает значения 2, 3. Для одиночного буфера номер моди
фикации отсутствует.
Логические функциональные ячейки
При реализации схем требуются самые разнообразные логические ячейки. В биб
лиотеке реализованы полные с точки зрения состава прямых и инверсных входов
наборы логических функциональных ячеек от двух и трех переменных (кроме ячеек
XOR3 и XNOR3, реализованных в виде макроячеек). Функциональные ячейки от
четырех до девяти переменных также реализованы в виде макроячеек. При этом
макроячейки от четырех и пяти переменных имеют полный набор прямых и ин
версных входов, ячейки от шести до девяти переменных – только прямые входы.
Библиотека содержит функциональные ячейки, выполняющие типовую ло
гическую функцию, и составные логические ячейки.
Обозначение логической функциональной ячейки, выполняющей типовую
логическую функцию, включает в себя обозначение функции, общее количество
входов, признак и количество инверсных входов.
OR 3 B 2
количество инверсных
входов
признак инверсных входов
обозначение ф ункции
количество в ходов
Обозначение функции может принимать следующие значения:
AND – функция И;
MAJ – функция мажорирования;
NAN – функция И НЕ;
NOR – функция ИЛИ НЕ;
OR – функция ИЛИ;
XOR – функция исключающего ИЛИ;
XNOR – функция исключающего ИЛИ с инверсией.
Признак наличия инверсных входов не указывается в случае отсутствия ин
версных входов. Для ячеек, выполняющих функцию мажорирования, не указы
вается количество входов.
Обозначение составной логической функциональной ячейки включает в себя
обозначение функций, выполняемых ячейкой в соответствии с их последователь
ностью, количество входов элементов первого каскада, номер модификации дан
ной ячейки.
А 3 2 O 3 О I 2
номер обозначение функций модификаци и
первого каскада
обозначение функции
количество входов третьего каскада
функций первого каскада обозначение функции
второго каскада
Обозначение функций может принимать следующие значения:
A – функция И;
O– функция ИЛИ;
I – функция инверсии.
Библиотечная функциональная ячейка может содержать два или три каскада.
В начале имени функциональной ячейки указывается обозначение функции пер
вого каскада, который может содержать несколько элементов данной функции, и
количество входов каждого из этих элементов данной функции. Затем указывает
ся обозначение функции первого каскада, содержащей только один элемент. После
этого указывается обозначение функций второго и третьего каскадов. Модифи
кацией функциональной ячейки является ячейка, выполняющая ту же функцию
и имеющая то же количество входов, но содержащая инверсные входы. Номер
модификации может отсутствовать.
Ниже приведен состав базовых логических ячеек библиотеки 5503, выполня
ющих сложную функцию. Реализуемая функция описана в виде формул, инверс
ные входы в конце имени обозначены буквой В.
Триггеры RS типа
Триггер RS типа – это функциональная ячейка памяти, имеющая два устойчивых
состояния, определяемых сигналами управления.
Как известно, триггеры RS типа при наличии активных сигналов на входах R
и S имеют запрещенную комбинацию, при которой прямой и инверсный выходы
триггера находятся в одном и том же логическом состоянии. Библиотека функци
ональных ячеек содержит модификации RS триггера, не имеющие запрещенных
комбинаций за счет реализации приоритета одного из входов. Это RSS триггер с
приоритетом сигнала S, RSR триггер с приоритетом сигнала R и RSK триггер с
приоритетом режима хранения информации. В состав библиотеки входят также
триггеры, синхронизируемые по активному уровню сигнала управления, с при
оритетом сигнала R и приоритетом сигнала S. Все указанные триггеры реализова
ны в базисе активных входных сигналов высокого и низкого уровня.
Обозначение триггера RS типа включает в себя обозначение типа триггера,
признак разрешения записи и признак инверсии входных сигналов.
RSR E B
тип триггера
признак разрешения
записи признак к инверси и
Тип RS триггера может принимать следующие значения:
RS – триггер RS типа с запрещенной комбинацией;
RSS – триггер с приоритетом установки SET (S типа);
RSR – триггер с приоритетом сброса RESET (R типа);
RSK – триггер с приоритетом хранения (K типа).
Признак E указывает на наличие сигнала разрешения записи (вход Е).
Признак В означает, что сигналы управления (входы R, S и Е) имеют актив
ный низкий уровень.
Триггеры D типа с разрешением записи по уровню
Триггер D типа с разрешением записи по уровню – это функциональная ячейка
памяти, имеющая два устойчивых состояния, которые изменяются при наличии
активного уровня сигнала синхронизации в зависимости от данных на входе D.
Обозначение триггера включает в себя тип триггера (LD), состав и приори
тетность сигналов управления, признак наличия сигнала разрешения синхрони
зации и признак инверсии сигнала синхронизации.
LD CP E B
состав и приоритетность
сигналов управления
тип триггера
признак инверсии
сигнала синхронизаци и
признак наличия сигнала
разрешения синхронизации
В обозначении триггера указываются состав и приоритетность управляющих
сигналов установки и сброса, причем первым указывается тот сигнал, который
имеет более высокий приоритет. В качестве управляющих могут использоваться
следующие сигналы:
C – асинхронный сброс (вход CLR);
P – асинхронная установка (вход PRЕ).
Признак E указывает на наличие сигнала разрешения записи (вход СЕ).
Признак В означает, что активным является низкий уровень сигнала синхро
низации (вход С).
Триггеры с записью по фронту
Триггер с записью по фронту – это функциональная ячейка памяти, имеющая два
устойчивых состояния, которые изменяются при появлении активного фронта
сигнала синхронизации в зависимости от состояния сигналов управления.
Обозначение триггера включает в себя обозначение типа триггера, состав и
приоритетность сигналов управления, тип предустановки, признаки и номер мо
дификации.
FD SR L E B 2
номер модификации
признак инверсии
сигнала синхронизации
признак наличия сигнала
разрешения запис и
тип триггера
состав и приоритетность
сигналов управления
тип предустановки
В библиотеке реализованы следующие типы триггеров:
FС – детектор фронта;
FD – триггер D типа;
FJK – триггер JK типа;
FТ – счетный триггер Т типа.
В обозначении триггера указываются состав и приоритетность сигналов управ
ления. Первым указывается тот сигнал, который имеет высший приоритет. В каче
стве управляющих могут использоваться следующие сигналы:
C – асинхронный сброс (вход CLR);
P – асинхронная установка (вход PRE);
R – синхронный сброс (вход R);
S – синхронная установка (вход S).
Тип предустановки может отсутствовать или принимать следующие значения:
L – синхронная предустановка (вход L);
I – асинхронная предустановка (вход I).
Признак наличия сигнала разрешения E указывает на наличие в триггере вхо
да разрешения сигнала синхронизации (вход E), также может отсутствовать.
Признак инверсии В означает, что активным для триггера является задний
фронт сигнала синхронизации.
Модификациями считаются триггеры, имеющие дополнительные входные сиг
налы, номер модификации может отсутствовать.
Триггеры сканирования для организации тестирования
Триггер сканирования – это функциональная ячейка памяти, имеющая два ус
тойчивых состояния, которые изменяются при появлении активного фронта сиг
нала синхронизации либо через вход данных, либо через вход сканирования в за
висимости от состояния сигналов управления.
Обозначение триггера включает в себя обозначение типа триггера, состав и
приоритетность сигналов управления и признаки.
SFD СР E B
признак инверсии
сигнала синхронизации
признак наличия сигнала
разрешения запис и
тип триггера
состав и приоритетность
сигналов управления
В обозначении триггера указываются состав и приоритетность сигналов уп
равления. Первым указывается тот сигнал, который имеет высший приоритет.
В качестве управляющих могут использоваться следующие сигналы:
C – асинхронный сброс (вход CLR);
P – асинхронная установка (вход PRE).
Признак наличия сигнала разрешения E указывает на наличие в триггере вхо
да разрешения сигнала синхронизации (вход E), также может отсутствовать.
Признак инверсии В означает, что активным для триггера является задний
фронт сигнала синхронизации.
Триггеры Шмитта
Триггер Шмитта – это функциональная ячейка, предназначенная для преобразо
вания непрерывно меняющегося сигнала в набор прямоугольных импульсов.
Вольтамперная характеристика триггера Шмитта представляет собой петлю
гистерезиса. Это позволяет использовать данную ячейку в качестве формирова
теля прямоугольных импульсов из входного напряжения произвольной формы.
Обозначение триггера Шмитта включает в себя тип ячейки и номер модифи
кации.
TS 1
номер тип тр иггера Шмитта мер модификации
Тип триггера Шмитта может принимать следующие значения:
TS – триггер Шмитта КМОП уровня;
TSTTL – триггер Шмитта ТТЛ уровня.
Модификациями являются триггеры Шмитта, имеющие различные значения
гистерезиса.
Периферийные ячейки входа
Ячейка входа – это функциональная ячейка, обеспечивающая передачу цифро
вого или аналогового сигнала с внешнего вывода БИС внутрь поля БМК.
Обозначение ячейки входа включает тип ячейки, номер модификации резис
тора доопределения и признак отсутствия верхнего защитного диода.
IА D 3 М
тип я чейки входа
номер модификации
резистора доопределения
признак отсутствия верхнего
защитного диода
т ип р езистора
доопределения
Тип ячейки входа может принимать следующие значения:
IA – вход аналоговый;
IDBL – вход цифровой с инверсным маломощным выходом (используется для
реализации RC и кварцевых генераторов);
IDР – вход цифровой с парафазным выходом;
ITL – вход цифровой с триггером Шмитта ТТЛ уровня и парафазным вы
ходом;
ITS – вход цифровой с триггером Шмитта и парафазным выходом.
Тип резистора доопределения может принимать следующие значения:
D – резистор доопределения до низкого уровня;
U – резистор доопределения до высокого уровня.
Буква М обозначает отсутствие в ячейке диода электростатической защиты,
подключенного к шине «Питание», что позволяет применять ячейку в системах с
«холодным» резервом.
Входные ячейки ITL, ITLDi, ITLUi, ITS, ITSDi, ITSUi реализованы в виде мак
роячеек.
Периферийные ячейки выхода
Ячейка выхода – это функциональная ячейка, обеспечивающая передачу инфор
мации из поля БМК на внешний вывод БИС.
Обозначение ячейки выхода включает тип ячейки, тип доопределения и но
мер модификации резистора доопределения.
ОDРN U 3
номер модификации
резистора доопределения
тип я чейки выхода
тип доопределения
Тип ячейки выхода может принимать следующие значения:
ОА – аналоговый потенциальный выход;
OD – цифровой выход с двумя состояниями;
ODPN – цифровой выход с раздельным управлением выходными транзисто
рами;
ODЕ – цифровой выход с тремя состояниями.
Тип доопределения может отсутствовать или принимать значения:
D – доопределение до низкого уровня;
U – доопределение до высокого уровня.
Выходные ячейки ODЕ, ODЕDi, ODEUi реализованы в виде макроячеек.
Периферийные ячейки входа/выхода
Ячейка входа/выхода – это функциональная ячейка, обеспечивающая пере
дачу информации как с внешнего вывода БИС внутрь поля БМК, так и из поля
БМК на внешний вывод БИС.
Обозначение ячейки входа/выхода включает тип и номер модификации ячей
ки, тип доопределения, номер модификации резистора доопределения и признак
отсутствия верхнего защитного диода.
IAPN 1 U 3 М
тип ячейки входа/выхода
номер модификации
ячейки
тип доопределения
признак отсутствия
верхнего защитного диод а
номер модификации
резистора доопределения
Тип ячейки входа/выхода может принимать следующие значения:
IAOINV – вход аналоговый / выход цифровой для реализации RC генера
торов;
IAОN – вход аналоговый / выход цифровой с открытым стоком n транзис
тора;
IAPN – вход аналоговый / выход цифровой с раздельным управлением вы
ходными транзисторами;
IOD – вход/выход цифровой;
ION – вход/выход цифровой с открытым стоком n транзистора;
IOP – вход/выход цифровой с открытым стоком р транзистора;
IOPN – вход/выход цифровой с раздельным управлением выходными тран
зисторами;
IOTL – вход цифровой с триггером Шмитта ТТЛ уровня / выход цифровой;
IOTS – вход цифровой с триггером Шмитта / выход цифровой.
Тип доопределения может отсутствовать или принимать следующие значения:
D – доопределение до низкого уровня;
U – доопределение до высокого уровня.
Ячейки вход/выхода IOD, IODDi, IODUi, IOTL, IOTLDi, ITLUi, IOTS, IOTSDi,
IOTSUi реализованы в виде макроячеек.
Драйверы периферийных ячеек
Драйвер периферийной ячейки – это функциональная ячейка, обеспечивающая
формирование сигналов управления периферийной ячейкой для реализации ею
функции выхода или входа/выхода.
Обозначение драйвера включает тип драйвера и признак наличия в драйвере
парафазного выхода.
DRVЕ H Р
признак наличия
парафазного выхода
тип драйвера
тип доопределения
Тип драйвера может принимать следующие значения:
DRV – драйвер для организации выхода;
DRVE – драйвер для организации входа/выхода.
Тип доопределения указывает, каким образом высокоимпедансное состояние
на внешнем выводе БИС доопределяется до логически определенного уровня, и
может принимать следующие значения:
D – в периферийной ячейке включается резистор доопределения до низкого
уровня;
U – в периферийной ячейке включается резистор доопределения до высоко
го уровня;
H – в периферийной ячейке кратковременно включается мощный выходной
транзистор р типа, обеспечивающий быстрое переключение сигнала на
внешнем выводе микросхемы из состояния низкого уровня в состояние
высокого уровня (формирование «подброса») с последующим удержани
ем высокого уровня резистором доопределения.
Признак P обозначает наличие в драйвере парафазного выхода для усиления
и передачи в поле БМК логических сигналов с внешнего вывода БИС (может от
сутствовать).
Различные типы драйверов предназначены для управления теми или иными
периферийными ячейками. Варианты подключения периферийных ячеек и драй
веров указаны в рекомендациях по применению в описаниях соответствующих
периферийных ячеек и драйверов.
Компараторы цифровые
Цифровой компаратор – это функциональная ячейка, выполняющая логическую
функцию сравнения двух бинарных чисел. В состав библиотеки входят компара
торы, формирующие сигнал эквивалентности, и компараторы, формирующие
сигналы сравнения «больше» и «меньше».
Обозначение компаратора включает в себя тип компаратора и разрядность
сравниваемых бинарных чисел.
COMP 4
разрядносттип компаратора ь
Тип компаратора может принимать следующие значения:
COMP – сравнение двух чисел с формированием сигнала эквивалентности
(выход EQ);
COMPM – сравнение двух чисел с формированием сигналов сравнения
«больше» (выход GT) и «меньше» (выход LT).
Разрядность сравниваемых бинарных чисел может принимать значения 2, 4,
8, 16. Для одноразрядных компараторов разрядность не указывается.
Цифровые компараторы сравнения 4, 8 и 16 разрядных бинарных чисел реа
лизованы в виде макроячеек. Их функциональные схемы приведены ниже.
Функциональная схема компаратора COMPn
с формированием сигнала эквивалентности
EQ
&
COMP
А =
EQ
B
A0
B0
COMP
А =
EQ
B
A1
B1
&
COMP
А =
EQ
B
An 2
Bn 2
COMP
А =
EQ
B
An 1
Bn 1
&
1-26
1
Функциональная схема компаратора COMPMn
с формированием сигналов сравнения
GT
& 1
COMPМ
А GT
B LT
>
<
A0
B0
COMPМ
А GT
B LT
>
<
A1
B1
1
& 1
1
& 1
& 1
& 1
COMPМ
А GT
B LT
>
<
An 2
Bn 2
COMPМ
А GT
B LT
>
<
An 1
Bn 1
1
& 1
LT
Мультиплексоры
Мультиплексор – это функциональная ячейка, выполняющая функцию переда
чи одного из нескольких входных сигналов на выход в зависимости от значения
управляющих сигналов.
Обозначение мультиплексора включает в себя тип мультиплексора, количе
ство входных шин, разрядность мультиплексора, тип управления и признак ин
версии выхода.
MX 8 4 E B
количество в ходных шин
тип управления
тип мультиплексора
разрядность
мультиплексора
признак инверсии выхода
библиотеке реализованы мультиплексоры двух типов:
МХ – мультиплексор цифровых сигналов;
МХА – мультиплексор аналоговых сигналов.
Тип управления определяет схемотехническую реализацию мультиплексора.
Для мультиплексоров параллельного типа с управлением двоичным кодом тип
управления не указывается, а для мультиплексоров последовательного типа с уп
равлением набором независимых сигналов указывается тип Е.
Одноразрядные мультиплексоры реализованы в виде базовых ячеек. Тип уп
равления в них не указывается.
В виде макроячеек в библиотеке реализованы последовательные мультиплек
соры без инверсии выходного сигнала с количеством входных шин 2, 3, 4, 5, 6, 7,
8 и разрядностью шин 2, 4, 8 и 16 бит и параллельные мультиплексоры без инвер
сии выходного сигнала с количеством входных шин 2, 4, 8, 16 и разрядностью
шин 2, 4, 8 и 16 бит.
Функциональная схема последовательного мультиплексора МХmnE
Em
E0
D1 n
Dm n
D0 n &
& 1
Q
E1
& 1
n
Последовательные мультиплексоры могут иметь большую собственную задер
жку, т.к. количество каскадов мультиплексора равно количеству входных шин,
причем задержка передачи сигнала каждой входной шины на выход различна и
определяется местоположением шины в мультиплексоре. Наименьшую задержку
имеют каскады, расположенные ближе к выходу мультиплексора.
Последовательные мультиплексоры требуют небольших ресурсов при развод
ке топологии, если они размещаются покаскадно в непосредственной близости
от источников входных сигналов. В этом случае разводка между каскадами муль
1-28
1
типлексора занимает одну трассу канала трассировки на один разряд мультиплек
сора, т.к. каждый последующий каскад связан с предыдущим только одной свя
зью. Таким образом, последовательные мультиплексоры оптимально реализуют
ся в топологии БИС и имеют малую задержку для каскадов, расположенных бли
же к выходу мультиплексора.
Функциональная схема параллельного мультиплексора МХ8nS
O
D0 MX
D1
S0
D0 MX
D1
S0
D0 MX
D1
S0
Dm
1 n
S0
Sk 1
Dm
2 n
BUF
BUF
D1 n
D0 n
n
Параллельные мультиплексоры для всех входных шин имеют примерно оди
наковую задержку до выхода.
Каждый каскад в параллельном мультиплексоре связан с другими каскадами
тремя связями, что создает значительную нагрузку на ресурсы трассировки БМК
при синтезе топологии БИС. Поэтому параллельные мультиплексоры удобно при
менять для схем, в которых источники сигналов могут быть попарно сгруппирова
ны и размещены поразрядно группами. В этом случае источники сигналов разме
щаются так, чтобы мультиплексоры каждого разряда могли быть расположены
вертикальными столбцами, а результирующие сигналы каскадов мультиплексора
объединялись в центре каждого столбца.
Демультиплексоры
Демультиплексор – функциональная ячейка, выполняющая функцию передачи вход
ного сигнала на одно из нескольких направлений, определяемых входным адресом.
Обозначение демультиплексора включает в себя тип демультиплексора и ко
личество выходных сигналов.
DMX 4
тип демультиплексора количество выходов
В библиотеке реализованы демультиплексоры двух типов:
DMX – демультиплексор цифровых сигналов;
DMXA – демультиплексор аналоговых сигналов.
Для 2 разрядного демультиплексора количество выходов не указывается.
Демультиплексоры цифровых и аналоговых сигналов с количеством выходов
4, 8 и 16 реализованы в виде макроячеек. Функциональная схема цифрового де
мультиплексора представлена ниже.
Функциональная схема цифрового демультиплексора DMXn
Дешифратор
D
&
On 1
&
O0
S0
Sk 1
Дешифраторы
Дешифратор – функциональная ячейка, обеспечивающая преобразование бинар
ного кода в набор цифровых сигналов.
Обозначение дешифратора включает в себя тип ячейки, разрядность входно
го бинарного кода, количество выходных сигналов и признак наличия сигнала
стробирования.
DС 4 16 E
тип ячейки
количество выходных
сигналов
разрядность
входного кода
признак стробировани я
Дешифраторы обозначаются DC и реализованы в виде макроячеек. В состав биб
лиотеки входят нестробируемые и стробируемые полные дешифраторы 2, 3 и 4 раз
рядного кода, дешифратор 4 разрядного кода в 10 выходных сигналов и дешифра
тор семисегментного индикатора. Признак стробирования в обозначении нестро
бируемых дешифраторов отсутствует.
Функциональные схемы нестробируемых и стробируемых дешифраторов пред
ставлены ниже.
1-30
1
Функциональная схема нестробируемого дешифратора DCkn
1
1
A0
D0
Ak 1
Комбинационная
схема
Dn 1
Функциональная схема стробируемого дешифратора DCknE
&
Dn 1
1
1
A0
Ak 1
Комбинационная
схема
&
D0
E
Следует также отметить, что на выходах нестробируемых дешифраторов при
изменении входного кода за счет разброса задержек в комбинационной схеме воз
никает дребезг (многократное функционально необоснованное изменение сиг
нала), что необходимо учитывать при разработке схем. Поэтому целесообразнее
использовать стробируемые дешифраторы, в которых дребезг можно устранить
сигналом стробирования.
Шифраторы
Шифратор – это функциональная ячейка, выполняющая функцию преобразова
ния набора цифровых сигналов в бинарный код.
Обозначение шифратора включает в себя тип ячейка, количество входных
сигналов, разрядность выходного бинарного кода и признак сигнала разрешения.
COD 16 4 E
признак сигнала разрешени я
разрядность выходного кода
т ип ячейки
количество входов
Шифраторы обозначаются COD и реализованы в виде макроячеек. В их со
став входят нестробируемые и стробируемые шифраторы на 4, 8, 10 и 16 входов.
Входы шифраторов имеют обозначение I0 … In–1, выходы кодированного сигнала
COD0 … CODk–1 и выход признака отсутствия данных на входе ZERO. Сигнал раз
решения E обеспечивает стробирование выходного кода. Признак стробирова
ния в обозначении нестробируемых шифраторов отсутствует.
Функциональные схемы нестробируемых и стробируемых дешифраторов пред
ставлены ниже.
Функциональная схема нестробируемого шифратора CODnk
Комбина
ционная
схема
I0
In 1
COD0
ZERO
CODk 1
Функциональная схема стробируемого шифратора CODnkE
Комбинационная
схема E
&
In 1
COD0
&
CODk 1
I0
& ZERO
Следует также отметить, что на выходах нестробируемых шифраторов при из
менении входного кода может возникать дребезг, что необходимо учитывать при
разработке схем.
Сумматоры
Сумматор – это функциональная ячейка, выполняющая функцию логического
сложения двух чисел.
Обозначение сумматора включает в себя тип ячейки, разрядность суммируе
мых чисел и признак модификации.
Сумматоры обозначаются ADD. Многоразрядные сумматоры реализованы в
виде макроячеек. Модификации образуют сумматоры, в которых отсутствует вход
переноса в младшем разряде, и обозначаются буквой Х.
В библиотеке 5503 в виде макроячеек реализованы 2, 4, 8 и 16 разрядные сум
маторы. Функциональные схемы этих сумматоров приведены ниже.
Функциональные схемы сумматоров
АDD1
CI Σ
A0 S0
B0 CO
CI
A0
A0
S0
АDD1
CI Σ
A0 S0
B0 CO
A1
B1
S1
АDD1
CI Σ
A0 S0
B0 CO
CO
An 1
Bn 1
Sn 1
Полный сумматор
ADDn
Сумматор ADDnX
без переноса
из предыдущего разряда
АDD1X
Σ
A0 S0
B0 CO
A0
A0
S0
АDD1
CI Σ
A0 S0
B0 CO
A1
B1
S1
АDD1
CI Σ
A0 S0
B0 CO
CO
An 1
Bn 1
Sn 1
Счетчики
Счетчик – это функциональная ячейка, формирующая код, пропорциональный
количеству входных тактовых импульсов.
Обозначение счетчика включает в себя тип счетчика, разрядность, признаки
управляющих сигналов и номер модификации.
ADD 4 X
признак
тип ячейки модификации
разрядность
СD 4 R L E D 3
разрядность счетчика
номер модификации
признак наличия сигнала
признак предустановки разрешения счета
ти п счетчика
тип сброса
признак выбора прямого
или реверсивного счета
Тип счетчика может принимать следующие значения:
CB – двоичный синхронный счетчик;
CR – двоичный последовательный счетчик;
CV – двоичный последовательный счетчик с переменным коэффициентом
счета;
CD – десятичный синхронный счетчик;
CJ – счетчик Джонсона.
Тип сброса принимает значение R в случае наличия в счетчике синхронного
сброса и значение С в случае наличия асинхронного сброса.
Наличие признака предустановки указывает на возможность параллельной за
писи данных в счетчик (предустановка счетчика). Признак может отсутствовать
или принимать значения:
L – синхронная предустановка с синхронизацией по входу C;
I – асинхронная предустановка.
Признак наличия сигнала разрешения счета E указывает на реализацию син
хронного счетчика на основе триггеров с разрешением записи по входу Е, может
отсутствовать.
Наличие признака выбора прямого или реверсивного счета D соответствует
счетчикам, в которых имеется возможность выбора направления счета.
Счетчики одного типа могут иметь модификации, которыми считаются ка
кие либо отличия, например инверсные входные сигналы или разный коэффи
циент счета. В этом случае в имени счетчика добавляется номер модификации
(в частном случае равный коэффициенту счета). При отсутствии модификаций
номер модификации отсутствует.
В библиотеке реализованы синхронные и асинхронные счетчики с различным
коэффициентом счета.
В асинхронных счетчиках тактовая частота поступает только на младший раз
ряд, каждый последующий разряд тактируется изменением выходного сигнала пре
дыдущего разряда, т.е. тактирование разрядов осуществляется асинхронно. То
пологическая реализация счетчика не влияет на его функционирование. Недо
статком таких счетчиков является значительная, зависящая от состояния счетчи
ка задержка и асинхронность изменения разрядов при формировании выходного
кода. Максимальная задержка счетчика равна суммарной задержке всех его раз
рядов.