eng
Содержание
Базовые матричные и базовые кристаллы № разделов
Особенности применения базовых матричных
и базовых кристаллов ..............................................................................1
Серия базовых матричных кристаллов 5503 ................................................2
Серия базовых матричных кристаллов 5507 ................................................3
Серия базовых матричных и базовых кристаллов 5521 ...............................4
Серия базовых матричных и базовых кристаллов 5529 ...............................5
Полузаказные микросхемы общего применения
5503
ХМ1-289 – драйвер трансформаторной развязки .............................6
5503
ХМ1-653 – микросхема фазового детектора и генератора,
управляемого напряжением ............................................7
5503
ХМ1-617 – шесть операционных усилителей и стабилизатор
напряжения .....................................................................8
5503
БЦ7-638 – программируемый генератор импульсов с функцией
измерения ........................................................................9
5529
ТР015-674 – многофункциональная цифровая микросхема
стандартной последовательностной логики ................ 10
5529
ТР015-675 – многофункциональная цифровая микросхема
стандартной комбинационной логики .........................11
5529
ТР015-688 – восемь LVDS-передатчиков ...........................................12
5529
ТР015-689 – четыре LVDS-передатчика и четыре LVDS-приемника 13
5529
ТР015-695 – четыре приемопередатчика M-LVDS ............................14
5529
ТР015-696 – коммутатор шин LVDS/LVDM ..................................... 15
5529
ТР015-697 – восемь LVDS-приемников ............................................ 16
5529
ТР015-698 – восемь LVDM-передатчиков ........................................ 17
5529
ТР015-699 – четыре LVDM-передатчика и четыре
LVDS/LVDM-приемника ............................................. 18
Заказные микросхемы общего применения
1469
ТК015 – микросхема тиристорной защиты ...................................... 19
1469
ТК025 и 1469ТК035 – микросхемы тиристорной защиты ................ 20
Раздел 1
Особенности применения базовых матричных
и базовых кристаллов
1.
Общие сведения о специализированных БИС ...............................................1-2
2.
Преимущества БМК и БК ................................................................................1-3
3.
Конструкция БМК ...........................................................................................1-4
4.
Конструкция БК ...............................................................................................1-6
5.
Порядок разработки БМК и БК ......................................................................1-7
6.
Порядок разработки полузаказных БИС на БМК и БК .................................1-8
Раздел 2
Серия базовых матричных кристаллов 5503
1.
Общие сведения о БМК серии 5503 ................................................................2-2
2.
Электрические параметры ...............................................................................2-3
2.1.
Номинальные значения электрических параметров .........................2-3
2.2.
Предельные режимы эксплуатации....................................................2-4
3.
Стойкость к воздействию внешних факторов .................................................2-4
3.1.
Механические факторы ......................................................................2-4
3.2.
Климатические факторы ....................................................................2-5
3.3.
Специальные факторы ........................................................................2-5
4.
Корпусное исполнение ....................................................................................2-5
5.
Средства проектирования ................................................................................2-6
5.1.
Методология БМК – ПЛИС – БМК .................................................2-7
5.2.
Конструкция имитаторов БМК ..........................................................2-8
5.3.
Библиотека функциональных ячеек ...................................................2-8
6.
Организация разработки микросхем серии 5503 ............................................2-9
Раздел 3
Серия базовых матричных кристаллов 5507
1.
Основные характеристики ...............................................................................3-2
2.
Электрические параметры ...............................................................................3-2
2.1.
Номинальные значения электрических параметров .........................3-2
2.2.
Предельные режимы эксплуатации....................................................3-3
3.
Стойкость к воздействию внешних факторов .................................................3-3
3.1.
Механические факторы ......................................................................3-3
3.2.
Климатические факторы ....................................................................3-4
4.
Корпусное исполнение ....................................................................................3-4
5.
Средства проектирования ................................................................................3-5
6.
Организация разработки микросхем серии 5507 ............................................3-5
Раздел 4
Серия базовых матричных и базовых кристаллов 5521
1.
Основные характеристики ...............................................................................4-2
2.
Электрические параметры ...............................................................................4-2
2.1.
Номинальные значения электрических параметров .........................4-2
2.2.
Предельные режимы эксплуатации....................................................4-3
3.
Стойкость к воздействию внешних факторов .................................................4-4
3.1.
Механические факторы ......................................................................4-4
3.2.
Климатические факторы ....................................................................4-4
4.
Корпусное исполнение ....................................................................................4-5
5.
Средства проектирования ................................................................................4-5
Раздел 5
Серия базовых матричных и базовых кристаллов 5529
1.
Основные характеристики ...............................................................................5-2
2.
Электрические параметры ...............................................................................5-2
2.1.
Номинальные значения электрических параметров .........................5-2
2.2.
Предельные режимы эксплуатации....................................................5-3
3.
Стойкость к воздействию внешних факторов .................................................5-4
3.1.
Механические факторы ......................................................................5-4
3.2.
Климатические факторы ....................................................................5-4
3.3.
Специальные факторы ........................................................................5-5
4.
Корпусное исполнение ....................................................................................5-5
5.
Средства проектирования ................................................................................5-6
6.
Организация разработки микросхем серии 5529 ............................................5-7
Раздел 6
5503
ХМ1-289 – драйвер трансформаторной развязки
1.
Назначение .......................................................................................................6-2
2.
Особенности .....................................................................................................6-2
3.
Описание ..........................................................................................................6-2
4.
Назначение выводов ........................................................................................6-4
5.
Технические характеристики ...........................................................................6-5
6.
Корпусное исполнение ....................................................................................6-5
7.
Обозначение при заказе и в конструкторской документации ........................6-5
Раздел 7
5503
ХМ1-653 – микросхема фазового детектора
и генератора, управляемого напряжением
1.
Назначение .......................................................................................................7-2
2.
Особенности .....................................................................................................7-2
3.
Описание ..........................................................................................................7-2
4.
Назначение выводов ........................................................................................7-5
5.
Технические характеристики ...........................................................................7-6
6.
Корпусное исполнение ....................................................................................7-6
7.
Обозначение при заказе и в конструкторской документации ........................7-6
Раздел 8
5503
ХМ1-617 – шесть операционных усилителей
и стабилизатор напряжения
1.
Назначение .......................................................................................................8-2
2.
Особенности .....................................................................................................8-2
3.
Описание ..........................................................................................................8-2
4.
Назначение выводов ........................................................................................8-4
5.
Технические характеристики ...........................................................................8-4
6.
Корпусное исполнение ....................................................................................8-4
7.
Обозначение при заказе и в конструкторской документации ........................8-5
Раздел 9
5503
БЦ7-638 – программируемый генератор импульсов
с функцией измерения
1.
Назначение .......................................................................................................9-2
2.
Особенности .....................................................................................................9-2
3.
Описание ..........................................................................................................9-2
4.
Назначение выводов ........................................................................................9-5
5.
Технические характеристики ...........................................................................9-7
6.
Корпусное исполнение ....................................................................................9-7
7.
Обозначение при заказе и в конструкторской документации ........................9-7
Раздел 10
5529
ТРО15-674
Многофункциональная цифровая микросхема
стандартной последовательностной логики
1.
Назначение ....................................................................................................................10-8
2.
Особенности ..................................................................................................................10-8
3.
Общие сведения ............................................................................................................10-8
3.1.
Упрощенная структурная схема......................................................................10-9
3.2.
Описание корпуса МФЦМ ...........................................................................10-10
3.3.
Назначение внешних выводов......................................................................10-11
4.
Описание функций......................................................................................................10-12
4.1.
Логические элементы....................................................................................10-14
4.1.1.
Три 3-входовых мажоритарных элемента
с прямыми и инверсными выходами ................................................10-14
4.1.2.
Два 5-входовых элемента «исключающее ИЛИ»
с прямыми и инверсными выходами ................................................10-14
4.1.3.
Один 9-входовый и три 3-входовых элемента
«исключающее ИЛИ» с прямыми и инверсными
выходами и общими входами .............................................................10-15
4.1.4.
Два 3-входовых и два 2-входовых элемента И,
объединенных по ИЛИ, с прямым
и инверсным выходами .....................................................................10-15
4.2.
Логические разветвители ..............................................................................10-16
4.2.1.
Два разветвителя на 4 канала каждый с индивидуальным
управлением инверсией в канале .....................................................10-16
4.2.2.
2-входовый логический элемент И с разветвителем
выхода на 8 каналов и индивидуальным
управлением инверсией в канале .....................................................10-17
4.2.3.
Логический элемент 2И-ИЛИ с разветвителем
выхода на 8 каналов и попарным управлением
инверсией в каналах ..........................................................................10-18
4.2.4.
Два логических элемента 2И-ИЛИ с разветвителями
выхода на 4 канала и общим управлением инверсией
выхода каждого элемента ..................................................................10-19
4.3.
Цифровые компараторы ...............................................................................10-20
4.3.1.
Два компаратора 2-разрядных беззнаковых чисел ............................10-20
4.3.2.
Компаратор 4-разрядных беззнаковых чисел
с парафазными выходами .................................................................10-20
4.3.3.
Компаратор 4-разрядных беззнаковых чисел со входами
наращивания разрядности и парафазными выходами ....................10-21
4.4.
Шифраторы ...................................................................................................10-22
4.4.1.
Два шифратора 4-разрядного унитарного кода
в двоичный ........................................................................................10-22
4.4.2.
Шифратор 8-разрядного унитарного кода в двоичный .....................10-22
4.4.3.
Шифратор 8-разрядного унитарного кода в двоичный
с тремя состояниями на выходах ......................................................10-23
4.4.4.
Шифратор 10-разрядного унитарного кода
в двоично-десятичный ......................................................................10-23
10
-2
10
4.5.
Дешифраторы ................................................................................................10-24
4.5.1.
Два дешифратора из 2 в 4 со входами разрешения
и управления инверсией выходов .....................................................10-24
4.5.2.
Два дешифратора из 2 в 4 со входами разрешения,
управления инверсией и третьим состоянием выходов ..................10-24
4.5.3.
Дешифратор из 3 в 8 со входами разрешения,
управления инверсией и третьим состоянием выходов
(модификация 1) ...............................................................................10-25
4.5.4.
Дешифратор из 3 в 8 со входами разрешения,
управления инверсией и третьим состоянием выходов
(модификация 2) ...............................................................................10-25
4.5.5.
Дешифратор из 3 в 8 с загружаемой высоким уровнем
защелкой 3 входных битов, входом разрешения
и выходами без инверсии ..................................................................10-26
4.5.6.
Дешифратор из 3 в 8 с загружаемой высоким уровнем
защелкой 3 входных битов, входом разрешения
и выходами с инверсией....................................................................10-26
4.5.7.
Дешифратор для семисегментного индикатора
с точкой на светодиодах по схеме с общим анодом .........................10-27
4.5.8.
Дешифратор для семисегментного индикатора
с точкой на светодиодах по схеме с общим катодом ........................10-28
4.6.
Мультиплексоры ...........................................................................................10-29
4.6.1.
4-разрядный сдвигатель на 1, 2 или 3 разряда
с парафазными выходами и третьим состоянием ............................10-29
4.6.2.
Три 2-канальных 1-разрядных мультиплексора
с парафазными выходами .................................................................10-30
4.6.3.
2-канальный и 4-канальный 1-разрядные
мультиплексоры с парафазными выходами .....................................10-30
4.6.4.
4-канальный 1-разрядный мультиплексор
с парафазными выходами и третьим состоянием ............................10-31
4.6.5.
Два 2-канальных 2-разрядных мультиплексора
с парафазными выходами .................................................................10-31
4.6.6.
4-канальный 2-разрядный мультиплексор с парафазными
выходами ...........................................................................................10-32
4.6.7.
2-канальный 4-разрядный мультиплексор с парафазными
выходами и третьим состоянием ......................................................10-32
4.6.8.
2-канальный 4-разрядный мультиплексор
с парафазными выходами и входом разрешения .............................10-33
4.6.9.
Загружаемый высоким уровнем 4-разрядный регистр
с парафазными выходами и 2-канальным мультиплексором
на входе ..............................................................................................10-33
4.6.10.
Загружаемый по фронту 4-разрядный регистр
с парафазными выходами и 2-канальным
мультиплексором на входе ................................................................10-34
4.7.
Сумматоры ....................................................................................................10-35
4.7.1.
Три 1-разрядных сумматора со входами
и выходами переноса.........................................................................10-35
4.7.2.
Два 2-разрядных сумматора со входами
и выходами переноса.........................................................................10-35
4.7.3.
4-разрядный сумматор со входом и выходом переноса .....................10-36
4.8.
Формирователи .............................................................................................10-37
10
-3
10
4.8.1.
Два 4-разрядных формирователя с тремя состояниями
без инверсии ......................................................................................10-37
4.8.2.
4-разрядный формирователь с тремя состояниями
с инверсией и 4-разрядный формирователь
с тремя состояниями без инверсии ..................................................10-37
4.8.3.
Два 4-разрядных формирователя с тремя состояниями
с инверсией ........................................................................................10-38
4.9.
RS-триггеры ..................................................................................................10-39
4.9.1.
Четыре RS-триггера, управляемые высоким уровнем
с парафазными выходами .................................................................10-39
4.9.2.
Четыре RS-триггера, управляемые низким уровнем
с парафазными выходами .................................................................10-39
4.10.
D-триггеры ..................................................................................................10-40
4.10.1.
Четыре D-триггера по фронту с парафазными выходами ...............10-40
4.10.2.
Четыре D-триггера по спаду с парафазными выходами ..................10-40
4.10.3.
Два D-триггера по фронту и два D-триггера по спаду
с общими входами, асинхронными сбросом
и установкой, с парафазными выходами ........................................10-41
4.10.4.
Четыре загружаемых высоким уровнем 1-разрядных
защелки с парафазными выходами .................................................10-41
4.10.5.
Четыре загружаемых низким уровнем 1-разрядных
защелки с парафазными выходами .................................................10-42
4.10.6.
Две загружаемые высоким и две загружаемые низким
уровнями 1-разрядных защелки с общими входами,
сбросом и установкой, с парафазными выходами ..........................10-42
4.10.7.
Четыре 4-разрядные ячейки с общими входами
и общими парафазными выходами, с возможностью
одновременной загрузки и чтения разных ячеек ............................10-43
4.11.
JK-триггеры .................................................................................................10-44
4.11.1.
Два JK-триггера по фронту и два JK-триггера
по спаду с общими входами, асинхронными сбросом
и установкой, с парафазными выходами ........................................10-44
4.12.
Регистры-защелки .......................................................................................10-45
4.12.1.
Загружаемый высоким уровнем 4-разрядный регистр
с разрешением, сбросом и установкой, с парафазными
выходами и третьим состоянием .....................................................10-45
4.12.2.
Загружаемый низким уровнем 4-разрядный регистр
с разрешением, сбросом и установкой, с парафазными
выходами и третьим состоянием .....................................................10-45
4.12.3.
Загружаемый высоким уровнем 8-разрядный регистр
с третьим состоянием .......................................................................10-46
4.12.4.
Загружаемый низким уровнем 8-разрядный регистр
с третьим состоянием .......................................................................10-46
4.12.5.
Загружаемый высоким уровнем 8-разрядный регистр
со сбросом ........................................................................................10-47
4.12.6.
Загружаемый низким уровнем 8-разрядный регистр
со сбросом ........................................................................................10-47
4.12.7.
Загружаемый высоким уровнем 8-разрядный регистр
с установкой .....................................................................................10-48
4.12.8.
Загружаемый низким уровнем 8-разрядный регистр
с установкой .....................................................................................10-48
10
-4
10
4.12.9.
Четыре загружаемых высоким уровнем 2-разрядных
регистра со сбросом, общими входами и раздельными
выходами ..........................................................................................10-49
4.12.10.
Восемь загружаемых высоким уровнем 1-разрядных
регистров со сбросом, общим входом и раздельными
выходами ..........................................................................................10-49
4.13.
Сдвиговые регистры ....................................................................................10-50
4.13.1.
Загружаемый по фронту 4-разрядный регистр
с асинхронным сбросом, выбором направления,
входами сдвига и парафазными выходами......................................10-50
4.13.2.
Загружаемый по спаду 4-разрядный регистр
с асинхронным сбросом, выбором направления,
входами сдвига и парафазными выходами......................................10-50
4.13.3.
Загружаемый по фронту 4-разрядный регистр
с асинхронным сбросом, JK-входами сдвига
и парафазными выходами ................................................................10-51
4.13.4.
Загружаемый по спаду 4-разрядный регистр
с асинхронным сбросом, JK-входами сдвига
и парафазными выходами ................................................................10-51
4.13.5.
Загружаемый по фронту 4-разрядный регистр
с асинхронным сбросом, входом сдвига, отдельными
синхровходами и парафазными выходами .....................................10-52
4.13.6.
Загружаемый по спаду 4-разрядный регистр
с асинхронным сбросом, входом сдвига, отдельными
синхровходами и парафазными выходами .....................................10-52
4.13.7.
Загружаемый по фронту 4-разрядный регистр
с синхронным сбросом, входом сдвига
и третьим состоянием ......................................................................10-53
4.13.8.
Загружаемый по спаду 4-разрядный регистр
с синхронным сбросом, входом сдвига
и третьим состоянием ......................................................................10-53
4.13.9.
Сдвигающий по фронту 4-разрядный регистр
с асинхронными загрузкой и сбросом, входом сдвига
и третьим состоянием ......................................................................10-54
4.13.10.
Сдвигающий по спаду 4-разрядный регистр
с асинхронными загрузкой и сбросом, входом сдвига
и третьим состоянием ......................................................................10-54
4.13.11.
Загружаемый по фронту 4-разрядный регистр
с aсинхронным сбросом, входом сдвига
и третьим состоянием ......................................................................10-55
4.13.12.
Загружаемый по спаду 4-разрядный регистр
с асинхронным сбросом, входом сдвига
и третьим состоянием ......................................................................10-55
4.13.13.
Сдвигающий по фронту 8-разрядный регистр
с асинхронным сбросом и входами сдвига ......................................10-56
4.13.14.
Сдвигающий по спаду 8-разрядный регистр
с асинхронным сбросом и входами сдвига ......................................10-56
4.13.15.
Сдвигающий по фронту 8-разрядный регистр
с асинхронным сбросом, выбором направления
и входами сдвига ..............................................................................10-57
10
-5
10
4.13.16.
Сдвигающий по спаду 8-разрядный регистр
с асинхронным сбросом, выбором направления
и входами сдвига ..............................................................................10-57
4.14.
Регистры ......................................................................................................10-58
4.14.1.
Загружаемый по фронту 4-разрядный регистр
с синхронными сбросом и установкой, с парафазными
выходами и третьим состоянием .....................................................10-58
4.14.2.
Загружаемый по спаду 4-разрядный регистр
с синхронными сбросом и установкой, с парафазными
выходами и третьим состоянием .....................................................10-58
4.14.3.
Загружаемый по фронту 4-разрядный регистр
с асинхронными сбросом и установкой,
с парафазными выходами и третьим состоянием ...........................10-59
4.14.4.
Загружаемый по спаду 4-разрядный регистр
с асинхронными сбросом и установкой, с парафазными
выходами и третьим состоянием .....................................................10-59
4.14.5.
Загружаемый по фронту 8-разрядный регистр с третьим
состоянием .......................................................................................10-60
4.14.6.
Загружаемый по спаду 8-разрядный регистр с третьим
состоянием .......................................................................................10-60
4.14.7.
Загружаемый по фронту 8-разрядный регистр
с асинхронным сбросом ...................................................................10-61
4.14.8.
Загружаемый по спаду 8-разрядный регистр
с асинхронным сбросом ...................................................................10-61
4.14.9.
Загружаемый по фронту 8-разрядный регистр
с асинхронной установкой ...............................................................10-62
4.14.10.
Загружаемый по спаду 8-разрядный регистр
с асинхронной установкой ............................................................10-62
4.14.11.
Загружаемый по фронту 8-разрядный регистр
со входом разрешения ...................................................................10-63
4.14.12.
Загружаемый по спаду 8-разрядный регистр
со входом разрешения ...................................................................10-63
4.15.
Двоичные счетчики .....................................................................................10-64
4.15.1.
Синхронный 4-разрядный реверсивный счетчик
по фронту с синхронными загрузкой и сбросом ............................10-64
4.15.2.
Синхронный 4-разрядный реверсивный счетчик
по спаду с синхронными загрузкой и сбросом ...............................10-65
4.15.3.
Синхронный 4-разрядный реверсивный счетчик
по фронту с асинхронными загрузкой и сбросом ...........................10-66
4.15.4.
Синхронный 4-разрядный реверсивный счетчик
по спаду с асинхронными загрузкой и сбросом ..............................10-67
4.15.5.
Синхронный 4-разрядный реверсивный счетчик
по фронту с синхронной загрузкой
и асинхронным сбросом ..................................................................10-68
4.15.6.
Синхронный 4-разрядный реверсивный счетчик
по спаду с синхронной загрузкой
и асинхронным сбросом ..................................................................10-69
4.15.7.
Синхронные 4-разрядный и 2-разрядный реверсивные
счетчики по фронту с синхронным сбросом...................................10-70
4.15.8.
Синхронные 4-разрядный и 2-разрядный реверсивные
счетчики по спаду с синхронным сбросом .....................................10-70
10
-6
10
4.15.9.
Синхронные 4-разрядный и 2-разрядный реверсивные
счетчики по фронту с асинхронным сбросом .................................10-71
4.15.10.
Синхронные 4-разрядный и 2-разрядный реверсивные
счетчики по спаду с асинхронным сбросом .................................10-71
4.15.11.
Синхронный 8-разрядный реверсивный счетчик
по фронту с синхронным сбросом ................................................10-72
4.15.12.
Синхронный 8-разрядный реверсивный счетчик
по спаду с синхронным сбросом ...................................................10-72
4.15.13.
Синхронный 8-разрядный реверсивный счетчик
по фронту с асинхронным сбросом ..............................................10-73
4.15.14.
Синхронный 8-разрядный реверсивный счетчик
по спаду с асинхронным сбросом .................................................10-73
4.16.
Счетчики с переменным модулем счета .....................................................10-74
4.16.1.
Тестовый адрес ...................................................................................10-74
4.16.2.
Тестовый адрес ...................................................................................10-74
4.16.3.
Универсальный делитель частоты (2…4096) по фронту
с асинхронным сбросом ...................................................................10-74
4.16.4.
Тестовый адрес ...................................................................................10-75
4.17.
Двоично-десятичные счетчики ..................................................................10-76
4.17.1.
Синхронный 4-разрядный реверсивный счетчик
по фронту с синхронными загрузкой и сбросом ............................10-76
4.17.2.
Синхронный 4-разрядный реверсивный счетчик
по спаду с синхронными загрузкой и сбросом ...............................10-77
4.17.3.
Синхронный 4-разрядный реверсивный счетчик
по фронту с асинхронными загрузкой и сбросом ...........................10-78
4.17.4.
Синхронный 4-разрядный реверсивный счетчик
по спаду с асинхронными загрузкой и сбросом ..............................10-79
4.17.5.
Синхронный 4-разрядный реверсивный счетчик
по фронту с синхронной загрузкой и асинхронным
сбросом (модификация 1) ................................................................10-80
4.17.6.
Синхронный 4-разрядный реверсивный счетчик
по спаду с синхронной загрузкой и асинхронным
сбросом (модификация 1) ................................................................10-81
4.17.7.
Синхронный 4-разрядный реверсивный счетчик
по фронту с синхронной загрузкой и асинхронным
сбросом (модификация 2) ................................................................10-82
4.17.8.
Синхронный 4-разрядный реверсивный счетчик
по спаду с синхронной загрузкой и асинхронным
сбросом (модификация 2) ................................................................10-83
4.17.9.
Синхронный 4-разрядный реверсивный счетчик
по фронту с синхронной загрузкой и асинхронным
сбросом (модификация 3) ................................................................10-84
4.17.10.
Синхронный 4-разрядный реверсивный счетчик
по спаду с синхронной загрузкой и асинхронным
сбросом (модификация 3) .............................................................10-85
4.18.
Счетчики Джонсона ....................................................................................10-86
4.18.1.
Синхронный 4-разрядный счетчик по фронту
с синхронной загрузкой и сбросом,
с парафазными выходами ................................................................10-86
4.18.2.
Синхронный 4-разрядный счетчик по спаду
с синхронной загрузкой и сбросом,
с парафазными выходами ................................................................10-86
10
-7
10
4.18.3.
Синхронный 4-разрядный счетчик по фронту
с асинхронными загрузкой и сбросом,
с парафазными выходами ................................................................10-87
4.18.4.
Синхронный 4-разрядный счетчик по спаду
с асинхронными загрузкой и сбросом,
с парафазными выходами ................................................................10-87
4.18.5.
Синхронный 4-разрядный счетчик по фронту
с синхронной загрузкой, асинхронным сбросом
и парафазными выходами ................................................................10-88
4.18.6.
Синхронный 4-разрядный счетчик по спаду
с синхронной загрузкой, асинхронным сбросом
и парафазными выходами ................................................................10-88
4.18.7.
Синхронный 4-разрядный счетчик по фронту
с асинхронным сбросом, выбором разрядности
и конфигурации парафазных выходов ............................................10-89
4.18.8.
Синхронный 4-разрядный счетчик по спаду
с асинхронным сбросом, выбором разрядности
и конфигурации парафазных выходов ............................................10-90
4.18.9.
Синхронный 8-разрядный счетчик по фронту
с синхронным сбросом, выбором разрядности
и конфигурации выходов .................................................................10-91
4.18.10.
Синхронный 8-разрядный счетчик по спаду
с синхронным сбросом, выбором разрядности
и конфигурации выходов ..............................................................10-93
4.18.11.
Синхронный 8-разрядный счетчик по фронту
с асинхронным сбросом, выбором разрядности
и конфигурации выходов ..............................................................10-95
4.18.12.
Синхронный 8-разрядный счетчик по спаду
с асинхронным сбросом, выбором разрядности
и конфигурации выходов ..............................................................10-97
5.
Дискретные аналоги функций МФЦМ ......................................................................10-99
6.
Приложение. Описание системы условных обозначений функций ....................... 10-103
6.1.
Буферы, инверторы и формирователи ....................................................... 10-103
6.2.
Логические элементы и разветвители ........................................................ 10-103
6.3.
Цифровые компараторы ............................................................................. 10-104
6.4.
Шифраторы ................................................................................................. 10-104
6.5.
Дешифраторы .............................................................................................. 10-105
6.6.
Мультиплексоры ......................................................................................... 10-105
6.7.
Сумматоры .................................................................................................. 10-106
6.8.
Триггеры RS-типа........................................................................................ 10-106
6.9.
Одноступенчатые триггеры D-типа (защелки) .......................................... 10-106
6.10.
Двухступенчатые триггеры (с синхронизацией по перепаду) ................. 10-107
6.11.
Регистры данных ....................................................................................... 10-107
6.12.
Сдвиговые регистры .................................................................................. 10-108
6.13.
Счетчики .................................................................................................... 10-109
Раздел 11
5529
ТРО15-675
Многофункциональная цифровая микросхема
для аппаратуры специального назначения
1.
Назначение .......................................................................................................11-2
2.
Особенности .....................................................................................................11-2
3.
Общие сведения ...............................................................................................11-2
3.1.
Упрощенная структурная схема ..........................................................11-2
3.2.
Описание корпуса МФЦМ4 ...............................................................11-4
3.3.
Назначение внешних выводов ............................................................11-5
4.
Описание реализованных комбинаторных наборов .......................................11-5
4.1.
Функции одной переменной ..............................................................11-6
4.2.
Функции двух переменных .................................................................11-8
4.3.
Функции трех переменных ............................................................... 11-26
4.4.
Функции четырех переменных ......................................................... 11-80
4.5.
Функции пяти переменных ............................................................ 11-102
4.6.
Функции шести переменных .......................................................... 11-110
4.7.
Функции семи переменных ............................................................ 11-128
4.8.
Функции восьми переменных ........................................................ 11-130
Раздел 12
5529
ТР015-688 – восемь LVDS-передатчиков
1.
Назначение ..................................................................................................... 12-2
2.
Особенности ................................................................................................... 12-2
3.
Описание ........................................................................................................ 12-2
4.
Назначение выводов ...................................................................................... 12-2
5.
Технические характеристики ......................................................................... 12-2
6.
Корпусное исполнение .................................................................................. 12-3
7.
Обозначение при заказе и в конструкторской документации ...................... 12-3
Раздел 13
5529
ТР015-689 – четыре LVDS-передатчика
и четыре LVDS-приемника
1.
Назначение ..................................................................................................... 13-2
2.
Особенности ................................................................................................... 13-2
3.
Описание ........................................................................................................ 13-2
4.
Назначение выводов ...................................................................................... 13-2
5.
Технические характеристики ......................................................................... 13-2
6.
Корпусное исполнение .................................................................................. 13-2
7.
Обозначение при заказе и в конструкторской документации ...................... 13-3
Раздел 14
5529
ТР015-695 – четыре приемопередатчика M-LVDS
1.
Назначение ..................................................................................................... 14-2
2.
Особенности ................................................................................................... 14-2
3.
Описание ........................................................................................................ 14-2
4.
Назначение выводов ...................................................................................... 14-2
5.
Технические характеристики ......................................................................... 14-2
6.
Корпусное исполнение .................................................................................. 14-2
7.
Обозначение при заказе и в конструкторской документации ...................... 14-2
Раздел 15
5529
ТР015-696 – коммутатор шин LVDS/LVDM
1.
Назначение ..................................................................................................... 15-2
2.
Особенности ................................................................................................... 15-2
3.
Описание ........................................................................................................ 15-2
4.
Назначение выводов ...................................................................................... 15-4
5.
Технические характеристики ......................................................................... 15-4
6.
Корпусное исполнение .................................................................................. 15-4
7.
Обозначение при заказе и в конструкторской документации ...................... 15-4
Раздел 16
5529
ТР015-697 – восемь LVDS-приемников
1.
Назначение ..................................................................................................... 16-2
2.
Особенности ................................................................................................... 16-2
3.
Описание ........................................................................................................ 16-2
4.
Назначение выводов ...................................................................................... 16-2
5.
Технические характеристики ......................................................................... 16-2
6.
Корпусное исполнение .................................................................................. 16-2
7.
Обозначение при заказе и в конструкторской документации ...................... 16-3
Раздел 17
5529
ТР015-698 – восемь LVDM-передатчиков
1.
Назначение ..................................................................................................... 17-2
2.
Особенности ................................................................................................... 17-2
3.
Описание ........................................................................................................ 17-2
4.
Назначение выводов ...................................................................................... 17-2
5.
Технические характеристики ......................................................................... 17-2
6.
Корпусное исполнение .................................................................................. 17-2
7.
Обозначение при заказе и в конструкторской документации ...................... 17-3
Раздел 18
5529
ТР015-699 – четыре LVDM-передатчика
и четыре LVDS/LVDM-приемника
1.
Назначение ..................................................................................................... 18-2
2.
Особенности ................................................................................................... 18-2
3.
Описание ........................................................................................................ 18-2
4.
Назначение выводов ...................................................................................... 18-2
5.
Технические характеристики ......................................................................... 18-2
6.
Корпусное исполнение .................................................................................. 18-3
7.
Обозначение при заказе и в конструкторской документации ...................... 18-3
Раздел 19
1469
ТК015 – микросхема тиристорной защиты
1.
Назначение ..................................................................................................... 19-2
2.
Особенности ................................................................................................... 19-2
3.
Описание ........................................................................................................ 19-2
4.
Назначение выводов .................................................................................... 19-10
5.
Электрические параметры ........................................................................... 19-11
6.
Стойкость к воздействию внешних факторов ............................................. 19-14
7.
Корпусное исполнение ................................................................................ 19-15
8.
Обозначение при заказе и в конструкторской документации .................... 19-15
Раздел 20
1469
ТК025 и 1469ТК035 – микросхемы тиристорной защиты
1.
Назначение ..................................................................................................... 20-2
2.
Особенности ................................................................................................... 20-2
3.
Описание ........................................................................................................ 20-2
4.
Назначение выводов .................................................................................... 20-10
5.
Электрические параметры ........................................................................... 20-11
6.
Стойкость к воздействию внешних факторов ............................................. 20-13
7.
Корпусное исполнение ................................................................................ 20-15
8.
Обозначение при заказе и в конструкторской документации .................... 20-15
1. Общие сведения о специализированных БИС
Для аппаратуры специального назначения при всей важности экономических показателей определяющими факторами являются высокая надежность, долговечность, повышенная стойкость к внешним воздействующим факторам (ВВФ), низкое энергопотребление, высокая функциональность, оперативность разработки и возможность изготовления в заданные сроки, длительный период поддержания производства электронной компонентной базы (ЭКБ). Непрерывное обновление радиоэлектронной аппаратуры (РЭА) требует разработки специализированных микросхем, учитывающих ее специфические особенности. Кроме этого, для подавляющего большинства аппаратуры специального назначения обязательным условием является применение отечественной ЭКБ.
Специализированные микросхемы можно разделить на три группы: заказные микросхемы, программируемые логические интегральные схемы (ПЛИС) и полузаказные БИС на основе БМК и БК. Принято считать, что полностью заказные микросхемы обеспечивают максимальную функциональность, надежность и стойкость к ВВФ, минимальную стоимость при массовом производстве, но требуют максимальных затрат при разработке и освоении производства, а для производства малых партий БИС экономически не эффективны. ПЛИС, обладая преимуществами при разработке микросхемы, в то же время за счет наличия дополнительных элементов для программирования их структуры, снижающих надежность микросхем, имеют более высокое энергопотребление и более высокую
стоимость по сравнению с заказными БИС. Полузаказные БИС занимают промежуточное положение между полностью заказными микросхемами и ПЛИС. По показателям надежности, энергопотребления и стойкости к ВВФ они сравнимы с заказными БИС, по длительности цикла «разработка – изготовление – поставка» сопоставимы с циклом «разработка – поставка – специализация» для ПЛИС.
Производство БМК и БК, как правило, поддерживается в течение длительного
времени (более 15 лет).
Разработка и постановка на производство заказных микросхем – это длительный и дорогостоящий процесс. Он вполне оправдан, когда речь идет о больших тиражах. Но во многих случаях, когда речь идет о сравнительно небольших партиях микросхем, гораздо более выгодно использовать полузаказные микросхемы.
Как правило, необходимое количество образцов полузаказной микросхемы, особенно на этапе создания и вывода нового изделия на рынок, относительно невелико и варьируется от десятков до нескольких тысяч единиц, что несопоставимо с объемами выпуска заказных микросхем.
Таким образом, выбор способа реализации специализированных БИС определяется множеством критериев, но, как правило, именно полузаказные БИС обеспечивают наилучшее соотношение эксплуатационных показателей. При отработке аппаратуры часто требуется оперативное изменение проектов специализированных БИС, что легко достигается при применении ПЛИС и имитаторов БМК на ПЛИС. Поэтому дополнительные преимущества для полузаказных БИС создает использование новой методологии разработки аппаратуры, ориентированной на применение отечественных БИС на БМК и обеспечивающей сокращение сроков проектирования за счет применения методов прототипирования проектов полузаказных БИС средствами имитаторов БМК на ПЛИС.
2. Преимущества БМК и БК
Микросхемы можно разделить на два основных класса: универсальные и специализированные. К первому относятся микропроцессоры, микроконтроллеры,
периферийные устройства, устройства памяти (ПЗУ, ОЗУ и т.д.), серии стандартных микросхем и др., т.е. микросхемы, объем производства которых составляет сотни тысяч и миллионы штук в год. Большие объемы выпуска универсальных микросхем минимизируют вклад в их стоимость относительно больших затрат на проектирование и освоение в производстве.
Микросхемы, принадлежащие ко второму классу, при объеме производства
до нескольких десятков тысяч в год выпускаются для удовлетворения нужд отдельных отраслей промышленности. Значительная часть стоимости таких микросхем определяется затратами на их проектирование.
Особую группу среди специализированных микросхем занимают БИС, применяемые в аппаратуре специального назначения и эксплуатируемые в условиях действия жестких внешних воздействующих факторов (ВВФ). Как правило, номенклатура таких микросхем велика, сроки разработки аппаратуры ограничены, а серийность, в силу специфики аппаратуры, не превышает нескольких тысяч, а иногда сотен микросхем. Производство специализированных микросхем, как правило, имеет прерывистый характер, а основной вклад в их стоимость вносят освоение производства и проведение квалификационных и периодических испытаний для подтверждения уровня качества микросхем.
Современные специализированные схемы, как правило, реализуются на ба-
зовых матричных или базовых кристаллах в виде полузаказных микросхем. БМК
представляет собой регулярное поле не соединенных между собой простейших
базовых ячеек (отдельных транзисторов или групп транзисторов), окруженное об-
ластью периферийных контактов. Указанные простейшие элементы расположены
на кристалле матричным способом, т.е. в узлах регулярной прямоугольной сетки.
Имеется библиотека функциональных ячеек с фиксированными топологиями,
которые реализуют достаточно широкий для построения схем набор логических
функций. Любая ячейка за счет регулярного расположения простейших элемен-
тов может быть размещена в любом месте поля БМК, а для освоения конкретной
БИС в производстве требуется спроектировать и изготовить фотошаблоны слоев
коммутации и отладить программы контроля на контрольно-измерительном обо-
рудовании. БК имеет большие возможности, в сравнении с БМК, для реализации
специализированных БИС, т.к. в их конструкции наряду с полем БМК могут при-
меняться транзисторы различной топологической реализации, резисторы, кон-
денсаторы и другие элементы.
БМК и БК исторически пришли на смену микросхемам малой и средней сте-
пени интеграции и обеспечили в сравнении с ними неоспоримые преимущества:
• уменьшение габаритов аппаратуры за счет снижения количества использу-
емых микросхем и уменьшения размеров печатных плат;
• повышение технических характеристик за счет увеличения системного бы-
стродействия и сокращения потребляемой мощности;
• повышение надежности изделия за счет более высокой надежности БИС по
сравнению с дискретными элементами;
• возможность объединения в полузаказной микросхеме цифровой и анало-
говой обработки информации;
• обеспечение защиты разработки за счет применения полузаказных микро-
схем, электрическую схему которых сложно раскрыть;
• возможность мелкосерийного выпуска БИС и др.
Область применения конкретного БМК и БК определяется многими факто-
рами – размером поля кристалла, количеством внешних выводов, параметрами
надежности и устойчивостью к ВВФ, параметрами технологии и технологически-
ми нормами, конструкцией ячеек поля БМК и БК, конструкцией периферийных
ячеек, составом библиотеки функциональных ячеек, эффективностью и доступ-
ностью средств проектирования, сроками и стоимостью разработки, изготовле-
ния и поставки микросхем и многими другими.
Основные достоинства БМК и БК заключаются в снижении стоимости и вре-
мени проектирования в сочетании с высокими эксплуатационными параметра-
ми. Появление на рынке программируемых логических интегральных микросхем
(ПЛИС) значительно расширило возможности разработчиков аппаратуры и со-
ставило конкуренцию специализированным БИС при создании изделий, на ко-
торые не распространяются ограничения по применению импортной элементной
базы. Однако для аппаратуры специального назначения полузаказные микросхе-
мы на основе БМК и БК на данный момент не имеют альтернативы. При этом
следует иметь в виду, что эксплуатационные параметры БМК и БК значитель-
но превосходят аналогичные параметры ПЛИС индустриального исполнения,
а ПЛИС военного и космического исполнения в нашу страну не поставляются.
Таким образом, если вам как разработчику радиоэлектронной аппаратуры
необходимо применить оригинальные схемные решения, то универсальные БИС
не решат этих задач, а разрабатывать заказную микросхему и осваивать ее в про-
изводстве очень дорого и долго. Применение же БМК или БК обеспечит быструю
реализацию необходимой микросхемы требуемого уровня качества, а количество
изготавливаемых микросхем может колебаться от единиц до сотен тысяч. Бла-
годаря указанным преимуществам для аппаратуры специального назначения на
данный момент БИС на основе БМК и БК не имеют альтернативы.
3. Конструкция БМК
Базовый матричный кристалл (БМК) (англоязычный термин ULA,
Uncommited Logic Array) – это универсальная заготовка в виде кремниевой пла-
стины, на которой сформированы кристаллы с матрицей транзисторных струк-
тур. Такие кристаллы называют базовыми, поскольку все фотошаблоны для их
изготовления, за исключением слоев металлизации, являются постоянными и
не зависят от реализуемой схемы. Простейшие элементы (КМОП-транзисторы)
располагаются на БМК в виде регулярной матрицы, поэтому его называют ма-
тричным. Изготовление конкретной БИС заключается в выполнении заверша-
ющих микроэлектронных операций над кремниевыми пластинами с кристалла-
ми-заготовками БМК, в процессе которых осуществляется коммутация КМОП-
транзисторов на поле матрицы путем формирования цепей схемы в одном или
нескольких слоях металлизации. В отличие от ПЛИС, логика работы которых
задается посредством программно управляемых элементов, БМК специализиру-
ется технологически в процессе микроэлектронного производства путем форми-
рования соединений транзисторов на поле БМК в одном или нескольких слоях
металлизации. В сравнении с ПЛИС в структуре БМК отсутствуют избыточные
элементы, что в несколько раз снижает общую сложность микросхемы, повышая
ее надежность.
Основные достоинства БМК:
• БМК имеют фиксированную геометрическую структуру, что значительно
упрощает автоматическое размещение и трассировку элементов;
• формирование БИС на БМК выполняется с помощью малого числа фото-
шаблонов, что значительно уменьшает затраты при производстве БИС;
• развитая библиотека функциональных ячеек и типовых схемотехнических
решений значительно упрощает процесс разработки логического проекта, умень-
шает время и повышает качество проектирования;
• в составе одного БМК могут быть реализованы как цифровые, так и цифро-
аналоговые узлы и блоки;
• БИС, разработанные на основе БМК, не требуют проведения квалифика-
ционных испытаний, что существенно сокращает сроки и стоимость освоения их
в производстве.
Наибольшее распространение в настоящее время имеют БМК и БК на
КМОП-структурах, реализованные либо на объемном кремнии, либо на структу-
рах «кремний на изоляторе» (КНИ).
В конструкции БМК можно выделить регулярное поле, окруженное областью
периферийных контактов. Для определения размера поля БМК используется по-
нятие «эквивалентный вентиль». Один эквивалентный вентиль соответствует че-
тырем КМОП-транзисторам, на которых можно реализовать логическую функ-
цию 2И-НЕ или 2ИЛИ-НЕ. При этом необходимо различать фактический размер
поля и количество эквивалентных вентилей, которые могут быть использованы
при реализации конкретной микросхемы. Отношение использованных эквива-
лентных вентилей к размеру поля БМК называется коэффициентом заполнения.
Сложность реализуемых на БМК или БК микросхем определяется различны-
ми факторами: наличием многовыводных корпусов, возможностями охлаждения
микросхем в аппаратуре, эффективностью средств проектирования и т.д. Реально
не удается использовать все 100% поля БМК. При заполнении поля кристалла ме-
нее чем на 70%, как правило, удается спроектировать топологию автоматически
средствами САПР без вмешательства разработчика. При большем заполнении
топология разрабатывается в интерактивном режиме с участием разработчика.
Увеличение плотности заполнения усложняет процесс проектирования, но в ре-
зультате может быть использован меньший кристалл, производство которого бу-
дет дешевле. Поэтому обычно БМК разрабатывают сериями. Серию составляют
несколько конструктивно подобных кристаллов с различным размером поля кри-
сталла и количеством внешних выводов, имеющих общую библиотеку функцио-
нальных ячеек. Размер поля обычно увеличивается примерно вдвое для каждого
большего по размеру типа БМК в серии. Серии БМК также могут состоять из од-
ного типоразмера кристалла, изготавливаемого в различные типы корпусов.
Конструкция БМК, как правило, строится на 4-транзисторных базовых ячей-
ках. Подобные ячейки позволяют эффективно использовать ресурсы БМК и ре-
ализовывать любые схемотехнические решения. Однако встречаются БМК с раз-
ногабаритными ячейками или с регулярно повторяющимися транзисторными
структурами.
По конструкции поля наибольшее распространение получили БМК, имею-
щие «канальную» организацию и БМК типа «море вентилей». При канальной ор-
ганизации поле БМК представляет собой последовательность столбцов или строк
ячеек и каналов для трассировки (рис. 1.1а). При организации по типу «море вен-
тилей» поле БМК представляет собой сплошную регулярную структуру однотип-
ных ячеек (рис. 1.1б).
4. Конструкция БК
Вместе с тем БМК имеет существенные ограничения. Это обусловлено при-
менением в них однотипных транзисторов, предназначенных для построения
схем цифровой обработки, но не позволяющих реализовывать сложные аналого-
вые и другие схемы, имеющие какие-либо особенности.
Указанный недостаток решается применением базовых кристаллов. В отли-
чие от БМК современный БК имеет фиксированную периферийную область, как
правило, совпадающую по конструкции с периферийной областью БМК, а в поле
БК фиксируются только цепи организации системы питания микросхемы. Это
позволяет создавать на поле БК как матрицы цифровых транзисторов, аналогич-
ные БМК, так и другие схемы (рис. 1.2). Следует отметить, что фактически БМК
является частным случаем БК, когда все его поле занято ячейками БМК.
Обычно с привязкой к конструкции БМК и БК создаются сложнофункцио-
нальные блоки (СФ-блоки), реализующие различные функции, такие как микро-
процессорные ядра, микроконтроллеры, блоки памяти, интерфейсные блоки,
блоки аналого-цифровой обработки и многие другие. Очень важно, что библи-
отека СФ-блоков может создаваться постепенно в процессе эксплуатации серии
БМК и БК как дополнительный результат проектирования конкретных БИС.
5. Порядок разработки БМК и БК
Разработке полузаказных микросхем предшествует этап разработки и освое-
ния в производстве базового матричного или базового кристалла, который выпол-
няется в форме опытно-конструкторской работы (ОКР) в соответствии с ГОСТ
РВ 15.215. При этом решается целый комплекс проектных, технологических, тех-
нических и производственных задач, выпускается комплект конструкторской и
технологической документации, а результаты разработки подтверждаются квали-
фикационными испытаниями. При разработке БМК/БК можно выделить следу-
ющие основные виды работ:
• определение области применения (народно-хозяйственное назначение
или аппаратура специального и космического назначения) и разработка основ-
ных технических требований на БМК/БК (напряжение питания, требования по
устойчивости к статическому электричеству, климатическим, механическим, спе-
циальным факторам, надежности и др.);
• разработка технического задания (ТЗ) на ОКР либо в соответствии с требо-
ваниями ГОСТ 18725 для микросхем народно-хозяйственного назначения, либо
в соответствии с требованиями ОСТ В 11 0998 и ГОСТ РВ 15.201 для микросхем
специального применения;
• выбор или разработка технологии изготовления, обеспечивающей удовлет-
ворение требований ТЗ;
• разработка конструкции и топологии БМК/БК, включая разработку пери-
ферийной ячейки «ввода/вывода», топологии ячейки поля БМК / топологии на-
бора ячеек поля БК, контактов «ЗЕМЛЯ», «ПИТАНИЕ»;
• выбор или разработка корпуса, в котором будет выполняться поставка ми-
кросхем;
• разработка библиотеки функциональных ячеек, которая включает в себя
базовые ячейки и составные ячейки, реализованные на основе базовых;
• разработка и настройка на конструкцию и библиотеку БМК/БК средств
проектирования БИС;
• разработка рабочей конструкторской и технологической документации
(РКД и РТД), необходимой и достаточной для изготовления опытной партии ми-
кросхем;
• разработка в качестве типового представителя аттестационной БИС, вклю-
чающей в свой состав все базовые ячейки, позволяющей подтвердить в результате
квалификационных испытаний заданные в ТЗ параметры;
• подготовка производства БИС, включая разработку необходимой техноло-
гической оснастки для изготовления и проведения испытаний микросхем;
• изготовление опытной партии аттестационной БИС;
• проведение квалификационных испытаний опытной партии аттестацион-
ной БИС в целях подтверждения параметров, указанных в технической докумен-
тации;
• утверждение после коррекции по результатам проведения квалификацион-
ных испытаний КД и ТД;
• включение БМК/БК в перечень изделий, разрешенных к применению
в аппаратуре специального назначения.
ОКР по разработке БМК или БК по срокам и стоимости может превышать
ОКР на разработку заказной БИС. Однако указанные в технических условиях па-
раметры, подтвержденные при проведении квалификационных испытаний, рас-
пространяются без проведения дополнительных испытаний на все БИС, в после-
дующем разработанные на основе данного БМК или БК. Именно за счет этого
удешевляется и ускоряется процесс проектирования и освоения БИС в производ-
стве, т.к. все наиболее дорогостоящие и длительные процедуры проектирования,
подготовки производства и испытаний уже выполнены при проведении ОКР по
разработке БМК или БК.
Как правило, в рамках ОКР разрабатывается не один, а несколько типов БМК
или БК, различающихся размером поля, количеством внешних выводов и типом
корпуса. БМК или БК, составляющие одну серию, являются конструктивно-по-
добными изделиями, что позволяет распространять многие результаты квалифи-
кационных и периодических испытаний более сложных типов БМК или БК на
младшие.
6. Порядок разработки полузаказных БИС на БМК и БК
Порядок разработки полузаказных микросхем регламентируется ГОСТ 27394
«Микросхемы интегральные полузаказные и заказные. Порядок разработки и де-
ления работ между исполнителем и заказчиком». Для проектирования полузаказ-
ной БИС выбирается тип БМК или БК, имеющий достаточный для реализации
схемы размер поля и количество внешних выводов, а также тип корпуса и пара-
метры устойчивости к внешним факторам, соответствующие области применения
БИС.
Укрупненно процесс проектирования микросхемы включает в себя следую-
щие этапы:
• разработка технического задания на полузаказную БИС;
• разработка логической схемы БИС в базисе библиотеки функциональных
ячеек выбранной серии БМК или БК;
• разработка функциональных тестов для проверки логической схемы БИС
на соответствие требованиям ТЗ;
• разработка контрольно-диагностических тестов для разбраковки БИС
в процессе производства;
• размещение ячеек «ввода/вывода» и ячеек логической схемы БИС на поле
БМК и СФ-блоков на поле БК;
• синтез топологии БИС;
• аттестация проекта БИС на устойчивость к разбросу параметров техноло-
гии изготовления БИС и влиянию ВВФ;
• прототипирование проекта микросхемы средствами имитатора и исследо-
вание функционирования имитатора БИС в аппаратуре заказчика;
• коррекция проекта микросхемы и изготовление макетных образцов БИС;
• исследование функционирования макетных образцов БИС в аппаратуре
заказчика;
• разработка проекта карты заказа и программы контроля для организации
измерений БИС в процессе производства;
• коррекция проекта микросхемы и изготовление опытной партии БИС;
• испытание микросхем опытной партии БИС в аппаратуре заказчика
с оформлением заключения о положительных результатах испытаний и готовно-
сти БИС к серийной поставке;
• утверждение карты заказа на БИС и внесение микросхемы в таблицу се-
рийно поставляемых микросхем в технических условиях на БМК или БК.
Из представленного выше перечня работ видно, что процесс проектирования
БИС нацелен на оперативное решение задач по разработке конкретной аппарату-
ры и минимизации рисков заказчика.
1. Общие сведения о БМК серии 5503
Серия БМК 5503 широко применяется в аппаратуре космического назначе-
ния. На основе БМК данной серии разработано более 500 типов БИС, в том числе
для таких космических аппаратов и кораблей, как: «Прогресс-М», «Союз-ТМА»,
«Меридиан», «Лабиринт», «Пион», «Аркон-2», «Электра», «Луч», «ГЛОНАСС-М»,
«ГЛОНАСС-К», «Кондор», «Экспресс», системы управления разгонным блоком
«Бриз-М» и др. (рис. 2.1).
Серия БМК 5503 изготавливается по КМОП-технологии с технологическими
нормами 1,5 мкм, состоит из 4 типов БМК, изготавливаемых в различных типах
корпусов. Напряжение питания – 5 В±10%, среднее время задержки на вентиль –
не более 2 нс.
БМК серии 5503 входят в «Перечень изделий, разрешенных к применению
МОП 44 001.02». БМК 5503ХМ1, 5503ХМ2 и 5503ХМ5 соответствуют требовани-
ям ОСТ В 11 0398, а БМК 5503БЦ7 – требованиям ОСТ В 11 0998. Состав и основ-
ные технические характеристики БМК серии 5503 приведены в таблице 2.1.
2. Электрические параметры
2.1. Номинальные значения электрических параметров
Номинальные значения электрических параметров микросхем, изготовлен-
ных на основе БМК серии 5503, представлены в таблице 2.2.
2.2. Предельные режимы эксплуатации
Предельно допустимые режимы эксплуатации – это внешние по отношению
к микросхеме электрические параметры, в пределах значений которых допускает-
ся эксплуатация микросхемы. Превышение предельных режимов может привести
к отказу микросхемы (таблица 2.3).
3. Стойкость к воздействию внешних факторов
3.1. Механические факторы
В таблице 2.4 приведены характеристики стойкости микросхем серии 5503 к
внешним механическим воздействиям.
3.2. Климатические факторы
В таблице 2.5 приведены характеристики стойкости микросхем серии 5503
к внешним климатическим воздействиям.
3.3. Специальные факторы
Стойкость БМК 5503ХМ1, 5503ХМ2 и 5503ХМ5 к воздействию специальных
факторов с характеристиками И1, С1, С2 по 2У; И2 по 2У с коэффициентом 5; И3
по 2У; С3 по 1У, К1 по 1У с коэффициентом 2; К3 по 1У с коэффициентом 0,5;
И8-И11 по 1У в соответствии с ГОСТ В 20 39.404, И4, И5 К*9В, где К = 0,075.
Максимальный уровень характеристики И2, при котором отсутствует потеря ра-
ботоспособности, – 0,02·1У.
Стойкость БМК 5503БЦ7 к воздействию специальных факторов с характе-
ристиками 7.И1-4Ус, 7.И6-5Ус, 7.И7-60·1Ус, 7.С1-10·5Ус, 7.С4-0,6·1Ус, 7.К1-5·1К,
7.К4-0,3·1К.
4. Корпусное исполнение
При изготовлении БИС на БМК серии 5503 применяются металлокерамические планарные корпуса, имеющие широкий температурный диапазон и обеспечивающие высокую плотность монтажа аппаратуры.
5. Средства проектирования
Разработка полузаказных КМОП БИС на основе базовых матричных кри-
сталлов серии 5503 выполняется средствами САПР БИС «Ковчег 3.0».
САПР «Ковчег 3.0» имеет единую программную среду разработки, функци-
онирующую в среде Windows. В состав САПР входят все основные подсистемы,
необходимые для разработки и подготовки к производству полузаказной БИС,
а именно:
• графический редактор схем;
• редактор описания схем в формате Verilog netlist;
• подсистема функционально-логического моделирования;
• подсистема размещения ячеек на поле БМК;
• подсистема синтеза топологии;
• специализированный топологический редактор;
• подсистема верификации топологии;
• подсистема расчета задержек в топологии;
• подсистема аттестации проекта БИС;
• средства обеспечения оперативного прототипирования БИС на имитаторах.
Структурная схема САПР БИС «Ковчег 3.0» приведена на рис. 2.3.
Ввод схемы осуществляется средствами графического редактора схем, также
может быть использовано текстовое структурное описание схемы. Подсистема
функционально-логического моделирования обеспечивает анализ состояния схе-
мы в статическом или динамическом режимах, сохранение эталонных диаграмм
работы схемы и автоматическое сравнение текущих диаграмм с эталонными с уче-
том задержек распространения сигналов в топологии. Совмещенная подсистема
ручного и автоматического размещения ячеек на поле БМК обеспечивает возмож-
ность использовать при разработке БИС до 90% ячеек поля БМК. Синтез тополо-
гии выполняется с учетом списков цепей приоритетной разводки и скоростных
цепей. При необходимости топология может быть скорректирована средствами
топологического редактора. Подсистема верификации, с одной стороны, прове-
ряет выполнение требований правил проектирования топологии БИС, с другой –
осуществляет проверку соответствия полученной топологии БИС ее логической
схеме. Подсистема расчета задержек обеспечивает расчет задержек распростране-
ния сигналов в топологии для оценки влияния топологии на работоспособность
БИС. Подсистема аттестации позволяет оценить устойчивость проекта микросхе-
мы к воздействию внешних факторов, провести анализ влияния топологических
параметров на правильность ее функционирования. САПР обладает средствами
подготовки разрабатываемого проекта БИС для макетирования в аппаратуре за-
казчика с применением имитаторов БИС, подготовки информации для изготов-
ления фотошаблонов и разбраковки БИС на контрольно-измерительном обору-
довании.
Полное подробное описание САПР БИС «Ковчег 3.0» приведено во второй
книге серии практических пособий «Проектирование полузаказных БИС на БМК
серий 5503 и 5507».
5.1. Методология БМК – ПЛИС – БМК
При разработке полузаказных микросхем на основе БМК серии 5503 приме-
няется методология БМК – ПЛИС – БМК, которая основывается на использо-
вании имитаторов БМК при макетировании в аппаратуре заказчика. Имитатор
БМК представляет собой устройство на основе ПЛИС, позволяющее создать
функционально эквивалентный прототип разрабатываемой микросхемы. При
этом проект микросхемы может развиваться и эволюционировать в процессе раз-
работки аппаратуры заказчика, в которой данная микросхема планируется к при-
менению, без ее изготовления.
Весь процесс разработки полузаказной микросхемы выполняется в базисе
БМК в САПР «Ковчег», а на этапе прототипирования проект БИС автоматиче-
ски конвертируется из САПР «Ковчег» в САПР ПЛИС для отработки на имита-
торе. Отладка проекта микросхемы с применением имитатора БМК выполняет-
ся на всех стадиях разработки аппаратуры, вплоть до изготовления и испытания
опытных образцов. Благодаря этому завершающие операции по разработке БИС:
синтез топологии, аттестация проекта и подготовка информации для производ-
ства – выполняются уже для проекта микросхемы, требуемое функционирование
которого проверено и подтверждено заказчиком.
Таким образом, методология БМК – ПЛИС – БМК позволяет в короткие сро-
ки выполнить разработку и отладку макетного образца изделия с одновременной
отработкой аппаратуры заказчика и проектов БИС. При переходе к опытному об-
разцу изделия требуется однократное изготовление полузаказных БИС, что обеспе-
чивает быструю и гарантированную реализацию изделия на отечественной ЭКБ.
5.2. Конструкция имитаторов БМК
Конструкция имитаторов представляет собой микромодуль, в нижней части
которого располагается ПЛИС, а в верхней части расположено ПЗУ и реализова-
на схема загрузки ПЛИС. На нижней стороне печатной платы имитатора распо-
ложены внешние выводы. Размер печатной платы соответствует размеру корпуса,
в котором выпускаются БМК, расположение внешних выводов имитатора также
соответствует расположению внешних выводов БМК (рис. 2.4). Тип ПЛИС соот-
ветствует объему поля и количеству внешних выводов БМК. ПЗУ обеспечивает
возможность загрузки в ПЛИС логической модели прототипируемой БИС.
5.3. Библиотека функциональных ячеек
Разработка микросхем серии БМК 5503 выполняется в базисе унифициро-
ванной библиотеки функциональных ячеек, организационно состоящей из четы-
рех библиотек:
1) библиотеки базовых ячеек 5503, включающей в себя все основные группы
логических элементов, а также периферийные элементы, обеспечивающие функ-
ции «входа», «выхода» и «входа/выхода» цифровых и аналоговых сигналов. Би-
блиотека содержит 287 ячеек;
2) библиотеки цифроаналоговых ячеек 5503+, позволяющих реализовать
аналого-цифровую обработку сигналов. Библиотека включает в себя 28 ячеек;
3) библиотеки специальных ячеек 5503++, разработанных для реализации по
требованию заказчиков различных нестандартных специфических функций. Дан-
ная библиотека сторонним заказчикам не предоставляется;
4) библиотеки специальных ячеек 5503СС для реализации самосинхронизи-
рующихся (для краткости – самосинхронных) устройств. Самосинхронные схе-
мы характеризуются рядом параметров, выгодно отличающих их от синхронных
схем, в том числе устойчивостью функционирования к разбросу и отклонениям
параметров элементной базы из-за старения элементов, изменения температуры,
чивающие высокую плотность монтажа аппаратуры.
напряжения источника питания и других внешних воздействующих факторов.
Библиотека включает в себя 269 ячеек.
Полное подробное описание библиотек функциональных ячеек 5503 и 5503+
приведено в третьей книге, а описание библиотеки 5503СС – в четвертой книге
серии практических пособий «Проектирование полузаказных БИС на БМК серий
5503 и 5507».
6. Организация разработки микросхем серии 5503
На рис. 2.5 представлен типовой маршрут взаимодействия с заказчиком при
Подробно методология проектирования полузаказных БИС на БМК и разработ-
ки аппаратуры на их основе, обзор нормативно-технической документации, регла-
ментирующей требования к микросхемам, пример проектирования микросхемы на
БМК серии 5503 средствами САПР «Ковчег» описаны в первой книге серии прак-
тических пособий «Проектирование полузаказных БИС на БМК серий 5503 и 5507».
разработке полузаказной БИС.
1. Основные характеристики
Серия БМК 5507 конструктивно подобна серии 5503, изготавливается по
КМОП-технологии с технологическими нормами 1,5 мкм, состоит из 4 ти-
пов БМК, изготавливаемых в различных типах корпусов. Напряжение пита-
ния –3 В±10%, среднее время задержки на вентиль – не более 3,0 нс.
БМК серии 5507 соответствуют требованиям ОСТ В 11 0998 и входят в «Пере-
чень изделий, разрешенных к применению МОП 44 001.02». Основные техниче-
ские характеристики БМК серии 5507 приведены в таблице 3.1.
2. Электрические параметры
2.1. Номинальные значения электрических параметров
Номинальные значения электрических параметров микросхем, изготовлен-
ных на основе БМК серии 5507, представлены в таблице 3.2.
2.2. Предельные режимы эксплуатации
Предельно допустимые режимы эксплуатации – это внешние по отношению
к микросхеме электрические параметры, в пределах значений которых допускает-
ся эксплуатация микросхемы. Превышение предельных режимов может привести
к отказу микросхемы (таблица 3.3).
3. Стойкость к воздействию внешних факторов
3.1. Механические факторы
В таблице 3.4 приведены характеристики стойкости микросхем серии 5507
к внешним механическим воздействиям.
3.2. Климатические факторы
В таблице 3.5 приведены характеристики стойкости микросхем серии 5507
к внешним климатическим воздействиям.
4. Корпусное исполнение
При изготовлении БИС на БМК серии 5507 применяются металлокерамиче-
ские планарные корпуса, имеющие широкий температурный диапазон и обеспечивающие высокую плотность монтажа аппаратуры.
5. Средства проектирования
Разработка полузаказных КМОП БИС на основе базовых матричных кристаллов серии 5507, как и серии 5503, выполняется средствами САПР БИС «Ковчег 3.0» (см. главу 5 раздела 2).
Полное подробное описание САПР БИС «Ковчег 3.0» приведено во второй
книге серии практических пособий «Проектирование полузаказных БИС на БМК
серий 5503 и 5507».
При проектировании микросхем серии 5507 также используется методология
БМК – ПЛИС – БМК. Конструкция имитаторов серии 5507 представляет собой
микромодуль из двух печатных плат, на нижней плате которого располагается
ПЛИС, а на верхней расположено ПЗУ и реализована схема загрузки ПЛИС. На
нижней печатной плате имитатора расположены внешние выводы. Размер печатной платы соответствует размеру корпуса, в котором выпускаются БМК, расположение внешних выводов имитатора также соответствует расположению внешних выводов БМК (рис. 3.1). Тип ПЛИС соответствует объему поля и количеству
внешних выводов БМК. ПЗУ обеспечивает возможность загрузки в ПЛИС логической модели прототипируемой БИС.
Благодаря конструктивному подобию серий БМК 5503 и 5507 при проектиро-
вании БИС на БМК серии 5507 применяются библиотеки функциональных ячеек
серии 5503: 5503, 5503+, 5503++, 5503СС. Благодаря этому достигается полная схе-
мотехническая и топологическая совместимость проектов БИС серий 5503 и 5507.
Полное подробное описание библиотек функциональных ячеек 5503 и 5503+
приведено в третьей книге, а описание библиотеки 5503СС – в четвертой книге
серии практических пособий «Проектирование полузаказных БИС на БМК серий
5503 и 5507».
6. Организация разработки микросхем серии 5507
Типовой маршрут взаимодействия с заказчиком при разработке полузаказных БИС серий 5503 и 5507 аналогичен и представлен на рис. 2.5 раздела 2.
Подробно методология проектирования полузаказных БИС на БМК 5507 и
разработки аппаратуры на их основе, обзор нормативно-технической документации, регламентирующей требования к микросхемам, пример проектирования
микросхемы средствами САПР «Ковчег» описаны в первой книге серии практических пособий «Проектирование полузаказных БИС на БМК серий 5503 и 5507».
Для аппаратуры специального назначения при всей важности экономических показателей определяющими факторами являются высокая надежность, долговечность, повышенная стойкость к внешним воздействующим факторам (ВВФ), низкое энергопотребление, высокая функциональность, оперативность разработки и возможность изготовления в заданные сроки, длительный период поддержания производства электронной компонентной базы (ЭКБ). Непрерывное обновление радиоэлектронной аппаратуры (РЭА) требует разработки специализированных микросхем, учитывающих ее специфические особенности. Кроме этого, для подавляющего большинства аппаратуры специального назначения обязательным условием является применение отечественной ЭКБ.
Специализированные микросхемы можно разделить на три группы: заказные микросхемы, программируемые логические интегральные схемы (ПЛИС) и полузаказные БИС на основе БМК и БК. Принято считать, что полностью заказные микросхемы обеспечивают максимальную функциональность, надежность и стойкость к ВВФ, минимальную стоимость при массовом производстве, но требуют максимальных затрат при разработке и освоении производства, а для производства малых партий БИС экономически не эффективны. ПЛИС, обладая преимуществами при разработке микросхемы, в то же время за счет наличия дополнительных элементов для программирования их структуры, снижающих надежность микросхем, имеют более высокое энергопотребление и более высокую
стоимость по сравнению с заказными БИС. Полузаказные БИС занимают промежуточное положение между полностью заказными микросхемами и ПЛИС. По показателям надежности, энергопотребления и стойкости к ВВФ они сравнимы с заказными БИС, по длительности цикла «разработка – изготовление – поставка» сопоставимы с циклом «разработка – поставка – специализация» для ПЛИС.
Производство БМК и БК, как правило, поддерживается в течение длительного
времени (более 15 лет).
Разработка и постановка на производство заказных микросхем – это длительный и дорогостоящий процесс. Он вполне оправдан, когда речь идет о больших тиражах. Но во многих случаях, когда речь идет о сравнительно небольших партиях микросхем, гораздо более выгодно использовать полузаказные микросхемы.
Как правило, необходимое количество образцов полузаказной микросхемы, особенно на этапе создания и вывода нового изделия на рынок, относительно невелико и варьируется от десятков до нескольких тысяч единиц, что несопоставимо с объемами выпуска заказных микросхем.
Таким образом, выбор способа реализации специализированных БИС определяется множеством критериев, но, как правило, именно полузаказные БИС обеспечивают наилучшее соотношение эксплуатационных показателей. При отработке аппаратуры часто требуется оперативное изменение проектов специализированных БИС, что легко достигается при применении ПЛИС и имитаторов БМК на ПЛИС. Поэтому дополнительные преимущества для полузаказных БИС создает использование новой методологии разработки аппаратуры, ориентированной на применение отечественных БИС на БМК и обеспечивающей сокращение сроков проектирования за счет применения методов прототипирования проектов полузаказных БИС средствами имитаторов БМК на ПЛИС.
2. Преимущества БМК и БК
Микросхемы можно разделить на два основных класса: универсальные и специализированные. К первому относятся микропроцессоры, микроконтроллеры,
периферийные устройства, устройства памяти (ПЗУ, ОЗУ и т.д.), серии стандартных микросхем и др., т.е. микросхемы, объем производства которых составляет сотни тысяч и миллионы штук в год. Большие объемы выпуска универсальных микросхем минимизируют вклад в их стоимость относительно больших затрат на проектирование и освоение в производстве.
Микросхемы, принадлежащие ко второму классу, при объеме производства
до нескольких десятков тысяч в год выпускаются для удовлетворения нужд отдельных отраслей промышленности. Значительная часть стоимости таких микросхем определяется затратами на их проектирование.
Особую группу среди специализированных микросхем занимают БИС, применяемые в аппаратуре специального назначения и эксплуатируемые в условиях действия жестких внешних воздействующих факторов (ВВФ). Как правило, номенклатура таких микросхем велика, сроки разработки аппаратуры ограничены, а серийность, в силу специфики аппаратуры, не превышает нескольких тысяч, а иногда сотен микросхем. Производство специализированных микросхем, как правило, имеет прерывистый характер, а основной вклад в их стоимость вносят освоение производства и проведение квалификационных и периодических испытаний для подтверждения уровня качества микросхем.
Современные специализированные схемы, как правило, реализуются на ба-
зовых матричных или базовых кристаллах в виде полузаказных микросхем. БМК
представляет собой регулярное поле не соединенных между собой простейших
базовых ячеек (отдельных транзисторов или групп транзисторов), окруженное об-
ластью периферийных контактов. Указанные простейшие элементы расположены
на кристалле матричным способом, т.е. в узлах регулярной прямоугольной сетки.
Имеется библиотека функциональных ячеек с фиксированными топологиями,
которые реализуют достаточно широкий для построения схем набор логических
функций. Любая ячейка за счет регулярного расположения простейших элемен-
тов может быть размещена в любом месте поля БМК, а для освоения конкретной
БИС в производстве требуется спроектировать и изготовить фотошаблоны слоев
коммутации и отладить программы контроля на контрольно-измерительном обо-
рудовании. БК имеет большие возможности, в сравнении с БМК, для реализации
специализированных БИС, т.к. в их конструкции наряду с полем БМК могут при-
меняться транзисторы различной топологической реализации, резисторы, кон-
денсаторы и другие элементы.
БМК и БК исторически пришли на смену микросхемам малой и средней сте-
пени интеграции и обеспечили в сравнении с ними неоспоримые преимущества:
• уменьшение габаритов аппаратуры за счет снижения количества использу-
емых микросхем и уменьшения размеров печатных плат;
• повышение технических характеристик за счет увеличения системного бы-
стродействия и сокращения потребляемой мощности;
• повышение надежности изделия за счет более высокой надежности БИС по
сравнению с дискретными элементами;
• возможность объединения в полузаказной микросхеме цифровой и анало-
говой обработки информации;
• обеспечение защиты разработки за счет применения полузаказных микро-
схем, электрическую схему которых сложно раскрыть;
• возможность мелкосерийного выпуска БИС и др.
Область применения конкретного БМК и БК определяется многими факто-
рами – размером поля кристалла, количеством внешних выводов, параметрами
надежности и устойчивостью к ВВФ, параметрами технологии и технологически-
ми нормами, конструкцией ячеек поля БМК и БК, конструкцией периферийных
ячеек, составом библиотеки функциональных ячеек, эффективностью и доступ-
ностью средств проектирования, сроками и стоимостью разработки, изготовле-
ния и поставки микросхем и многими другими.
Основные достоинства БМК и БК заключаются в снижении стоимости и вре-
мени проектирования в сочетании с высокими эксплуатационными параметра-
ми. Появление на рынке программируемых логических интегральных микросхем
(ПЛИС) значительно расширило возможности разработчиков аппаратуры и со-
ставило конкуренцию специализированным БИС при создании изделий, на ко-
торые не распространяются ограничения по применению импортной элементной
базы. Однако для аппаратуры специального назначения полузаказные микросхе-
мы на основе БМК и БК на данный момент не имеют альтернативы. При этом
следует иметь в виду, что эксплуатационные параметры БМК и БК значитель-
но превосходят аналогичные параметры ПЛИС индустриального исполнения,
а ПЛИС военного и космического исполнения в нашу страну не поставляются.
Таким образом, если вам как разработчику радиоэлектронной аппаратуры
необходимо применить оригинальные схемные решения, то универсальные БИС
не решат этих задач, а разрабатывать заказную микросхему и осваивать ее в про-
изводстве очень дорого и долго. Применение же БМК или БК обеспечит быструю
реализацию необходимой микросхемы требуемого уровня качества, а количество
изготавливаемых микросхем может колебаться от единиц до сотен тысяч. Бла-
годаря указанным преимуществам для аппаратуры специального назначения на
данный момент БИС на основе БМК и БК не имеют альтернативы.
3. Конструкция БМК
Базовый матричный кристалл (БМК) (англоязычный термин ULA,
Uncommited Logic Array) – это универсальная заготовка в виде кремниевой пла-
стины, на которой сформированы кристаллы с матрицей транзисторных струк-
тур. Такие кристаллы называют базовыми, поскольку все фотошаблоны для их
изготовления, за исключением слоев металлизации, являются постоянными и
не зависят от реализуемой схемы. Простейшие элементы (КМОП-транзисторы)
располагаются на БМК в виде регулярной матрицы, поэтому его называют ма-
тричным. Изготовление конкретной БИС заключается в выполнении заверша-
ющих микроэлектронных операций над кремниевыми пластинами с кристалла-
ми-заготовками БМК, в процессе которых осуществляется коммутация КМОП-
транзисторов на поле матрицы путем формирования цепей схемы в одном или
нескольких слоях металлизации. В отличие от ПЛИС, логика работы которых
задается посредством программно управляемых элементов, БМК специализиру-
ется технологически в процессе микроэлектронного производства путем форми-
рования соединений транзисторов на поле БМК в одном или нескольких слоях
металлизации. В сравнении с ПЛИС в структуре БМК отсутствуют избыточные
элементы, что в несколько раз снижает общую сложность микросхемы, повышая
ее надежность.
Основные достоинства БМК:
• БМК имеют фиксированную геометрическую структуру, что значительно
упрощает автоматическое размещение и трассировку элементов;
• формирование БИС на БМК выполняется с помощью малого числа фото-
шаблонов, что значительно уменьшает затраты при производстве БИС;
• развитая библиотека функциональных ячеек и типовых схемотехнических
решений значительно упрощает процесс разработки логического проекта, умень-
шает время и повышает качество проектирования;
• в составе одного БМК могут быть реализованы как цифровые, так и цифро-
аналоговые узлы и блоки;
• БИС, разработанные на основе БМК, не требуют проведения квалифика-
ционных испытаний, что существенно сокращает сроки и стоимость освоения их
в производстве.
Наибольшее распространение в настоящее время имеют БМК и БК на
КМОП-структурах, реализованные либо на объемном кремнии, либо на структу-
рах «кремний на изоляторе» (КНИ).
В конструкции БМК можно выделить регулярное поле, окруженное областью
периферийных контактов. Для определения размера поля БМК используется по-
нятие «эквивалентный вентиль». Один эквивалентный вентиль соответствует че-
тырем КМОП-транзисторам, на которых можно реализовать логическую функ-
цию 2И-НЕ или 2ИЛИ-НЕ. При этом необходимо различать фактический размер
поля и количество эквивалентных вентилей, которые могут быть использованы
при реализации конкретной микросхемы. Отношение использованных эквива-
лентных вентилей к размеру поля БМК называется коэффициентом заполнения.
Сложность реализуемых на БМК или БК микросхем определяется различны-
ми факторами: наличием многовыводных корпусов, возможностями охлаждения
микросхем в аппаратуре, эффективностью средств проектирования и т.д. Реально
не удается использовать все 100% поля БМК. При заполнении поля кристалла ме-
нее чем на 70%, как правило, удается спроектировать топологию автоматически
средствами САПР без вмешательства разработчика. При большем заполнении
топология разрабатывается в интерактивном режиме с участием разработчика.
Увеличение плотности заполнения усложняет процесс проектирования, но в ре-
зультате может быть использован меньший кристалл, производство которого бу-
дет дешевле. Поэтому обычно БМК разрабатывают сериями. Серию составляют
несколько конструктивно подобных кристаллов с различным размером поля кри-
сталла и количеством внешних выводов, имеющих общую библиотеку функцио-
нальных ячеек. Размер поля обычно увеличивается примерно вдвое для каждого
большего по размеру типа БМК в серии. Серии БМК также могут состоять из од-
ного типоразмера кристалла, изготавливаемого в различные типы корпусов.
Конструкция БМК, как правило, строится на 4-транзисторных базовых ячей-
ках. Подобные ячейки позволяют эффективно использовать ресурсы БМК и ре-
ализовывать любые схемотехнические решения. Однако встречаются БМК с раз-
ногабаритными ячейками или с регулярно повторяющимися транзисторными
структурами.
По конструкции поля наибольшее распространение получили БМК, имею-
щие «канальную» организацию и БМК типа «море вентилей». При канальной ор-
ганизации поле БМК представляет собой последовательность столбцов или строк
ячеек и каналов для трассировки (рис. 1.1а). При организации по типу «море вен-
тилей» поле БМК представляет собой сплошную регулярную структуру однотип-
ных ячеек (рис. 1.1б).
4. Конструкция БК
Вместе с тем БМК имеет существенные ограничения. Это обусловлено при-
менением в них однотипных транзисторов, предназначенных для построения
схем цифровой обработки, но не позволяющих реализовывать сложные аналого-
вые и другие схемы, имеющие какие-либо особенности.
Указанный недостаток решается применением базовых кристаллов. В отли-
чие от БМК современный БК имеет фиксированную периферийную область, как
правило, совпадающую по конструкции с периферийной областью БМК, а в поле
БК фиксируются только цепи организации системы питания микросхемы. Это
позволяет создавать на поле БК как матрицы цифровых транзисторов, аналогич-
ные БМК, так и другие схемы (рис. 1.2). Следует отметить, что фактически БМК
является частным случаем БК, когда все его поле занято ячейками БМК.
Обычно с привязкой к конструкции БМК и БК создаются сложнофункцио-
нальные блоки (СФ-блоки), реализующие различные функции, такие как микро-
процессорные ядра, микроконтроллеры, блоки памяти, интерфейсные блоки,
блоки аналого-цифровой обработки и многие другие. Очень важно, что библи-
отека СФ-блоков может создаваться постепенно в процессе эксплуатации серии
БМК и БК как дополнительный результат проектирования конкретных БИС.
5. Порядок разработки БМК и БК
Разработке полузаказных микросхем предшествует этап разработки и освое-
ния в производстве базового матричного или базового кристалла, который выпол-
няется в форме опытно-конструкторской работы (ОКР) в соответствии с ГОСТ
РВ 15.215. При этом решается целый комплекс проектных, технологических, тех-
нических и производственных задач, выпускается комплект конструкторской и
технологической документации, а результаты разработки подтверждаются квали-
фикационными испытаниями. При разработке БМК/БК можно выделить следу-
ющие основные виды работ:
• определение области применения (народно-хозяйственное назначение
или аппаратура специального и космического назначения) и разработка основ-
ных технических требований на БМК/БК (напряжение питания, требования по
устойчивости к статическому электричеству, климатическим, механическим, спе-
циальным факторам, надежности и др.);
• разработка технического задания (ТЗ) на ОКР либо в соответствии с требо-
ваниями ГОСТ 18725 для микросхем народно-хозяйственного назначения, либо
в соответствии с требованиями ОСТ В 11 0998 и ГОСТ РВ 15.201 для микросхем
специального применения;
• выбор или разработка технологии изготовления, обеспечивающей удовлет-
ворение требований ТЗ;
• разработка конструкции и топологии БМК/БК, включая разработку пери-
ферийной ячейки «ввода/вывода», топологии ячейки поля БМК / топологии на-
бора ячеек поля БК, контактов «ЗЕМЛЯ», «ПИТАНИЕ»;
• выбор или разработка корпуса, в котором будет выполняться поставка ми-
кросхем;
• разработка библиотеки функциональных ячеек, которая включает в себя
базовые ячейки и составные ячейки, реализованные на основе базовых;
• разработка и настройка на конструкцию и библиотеку БМК/БК средств
проектирования БИС;
• разработка рабочей конструкторской и технологической документации
(РКД и РТД), необходимой и достаточной для изготовления опытной партии ми-
кросхем;
• разработка в качестве типового представителя аттестационной БИС, вклю-
чающей в свой состав все базовые ячейки, позволяющей подтвердить в результате
квалификационных испытаний заданные в ТЗ параметры;
• подготовка производства БИС, включая разработку необходимой техноло-
гической оснастки для изготовления и проведения испытаний микросхем;
• изготовление опытной партии аттестационной БИС;
• проведение квалификационных испытаний опытной партии аттестацион-
ной БИС в целях подтверждения параметров, указанных в технической докумен-
тации;
• утверждение после коррекции по результатам проведения квалификацион-
ных испытаний КД и ТД;
• включение БМК/БК в перечень изделий, разрешенных к применению
в аппаратуре специального назначения.
ОКР по разработке БМК или БК по срокам и стоимости может превышать
ОКР на разработку заказной БИС. Однако указанные в технических условиях па-
раметры, подтвержденные при проведении квалификационных испытаний, рас-
пространяются без проведения дополнительных испытаний на все БИС, в после-
дующем разработанные на основе данного БМК или БК. Именно за счет этого
удешевляется и ускоряется процесс проектирования и освоения БИС в производ-
стве, т.к. все наиболее дорогостоящие и длительные процедуры проектирования,
подготовки производства и испытаний уже выполнены при проведении ОКР по
разработке БМК или БК.
Как правило, в рамках ОКР разрабатывается не один, а несколько типов БМК
или БК, различающихся размером поля, количеством внешних выводов и типом
корпуса. БМК или БК, составляющие одну серию, являются конструктивно-по-
добными изделиями, что позволяет распространять многие результаты квалифи-
кационных и периодических испытаний более сложных типов БМК или БК на
младшие.
6. Порядок разработки полузаказных БИС на БМК и БК
Порядок разработки полузаказных микросхем регламентируется ГОСТ 27394
«Микросхемы интегральные полузаказные и заказные. Порядок разработки и де-
ления работ между исполнителем и заказчиком». Для проектирования полузаказ-
ной БИС выбирается тип БМК или БК, имеющий достаточный для реализации
схемы размер поля и количество внешних выводов, а также тип корпуса и пара-
метры устойчивости к внешним факторам, соответствующие области применения
БИС.
Укрупненно процесс проектирования микросхемы включает в себя следую-
щие этапы:
• разработка технического задания на полузаказную БИС;
• разработка логической схемы БИС в базисе библиотеки функциональных
ячеек выбранной серии БМК или БК;
• разработка функциональных тестов для проверки логической схемы БИС
на соответствие требованиям ТЗ;
• разработка контрольно-диагностических тестов для разбраковки БИС
в процессе производства;
• размещение ячеек «ввода/вывода» и ячеек логической схемы БИС на поле
БМК и СФ-блоков на поле БК;
• синтез топологии БИС;
• аттестация проекта БИС на устойчивость к разбросу параметров техноло-
гии изготовления БИС и влиянию ВВФ;
• прототипирование проекта микросхемы средствами имитатора и исследо-
вание функционирования имитатора БИС в аппаратуре заказчика;
• коррекция проекта микросхемы и изготовление макетных образцов БИС;
• исследование функционирования макетных образцов БИС в аппаратуре
заказчика;
• разработка проекта карты заказа и программы контроля для организации
измерений БИС в процессе производства;
• коррекция проекта микросхемы и изготовление опытной партии БИС;
• испытание микросхем опытной партии БИС в аппаратуре заказчика
с оформлением заключения о положительных результатах испытаний и готовно-
сти БИС к серийной поставке;
• утверждение карты заказа на БИС и внесение микросхемы в таблицу се-
рийно поставляемых микросхем в технических условиях на БМК или БК.
Из представленного выше перечня работ видно, что процесс проектирования
БИС нацелен на оперативное решение задач по разработке конкретной аппарату-
ры и минимизации рисков заказчика.
1. Общие сведения о БМК серии 5503
Серия БМК 5503 широко применяется в аппаратуре космического назначе-
ния. На основе БМК данной серии разработано более 500 типов БИС, в том числе
для таких космических аппаратов и кораблей, как: «Прогресс-М», «Союз-ТМА»,
«Меридиан», «Лабиринт», «Пион», «Аркон-2», «Электра», «Луч», «ГЛОНАСС-М»,
«ГЛОНАСС-К», «Кондор», «Экспресс», системы управления разгонным блоком
«Бриз-М» и др. (рис. 2.1).
Серия БМК 5503 изготавливается по КМОП-технологии с технологическими
нормами 1,5 мкм, состоит из 4 типов БМК, изготавливаемых в различных типах
корпусов. Напряжение питания – 5 В±10%, среднее время задержки на вентиль –
не более 2 нс.
БМК серии 5503 входят в «Перечень изделий, разрешенных к применению
МОП 44 001.02». БМК 5503ХМ1, 5503ХМ2 и 5503ХМ5 соответствуют требовани-
ям ОСТ В 11 0398, а БМК 5503БЦ7 – требованиям ОСТ В 11 0998. Состав и основ-
ные технические характеристики БМК серии 5503 приведены в таблице 2.1.
2. Электрические параметры
2.1. Номинальные значения электрических параметров
Номинальные значения электрических параметров микросхем, изготовлен-
ных на основе БМК серии 5503, представлены в таблице 2.2.
2.2. Предельные режимы эксплуатации
Предельно допустимые режимы эксплуатации – это внешние по отношению
к микросхеме электрические параметры, в пределах значений которых допускает-
ся эксплуатация микросхемы. Превышение предельных режимов может привести
к отказу микросхемы (таблица 2.3).
3. Стойкость к воздействию внешних факторов
3.1. Механические факторы
В таблице 2.4 приведены характеристики стойкости микросхем серии 5503 к
внешним механическим воздействиям.
3.2. Климатические факторы
В таблице 2.5 приведены характеристики стойкости микросхем серии 5503
к внешним климатическим воздействиям.
3.3. Специальные факторы
Стойкость БМК 5503ХМ1, 5503ХМ2 и 5503ХМ5 к воздействию специальных
факторов с характеристиками И1, С1, С2 по 2У; И2 по 2У с коэффициентом 5; И3
по 2У; С3 по 1У, К1 по 1У с коэффициентом 2; К3 по 1У с коэффициентом 0,5;
И8-И11 по 1У в соответствии с ГОСТ В 20 39.404, И4, И5 К*9В, где К = 0,075.
Максимальный уровень характеристики И2, при котором отсутствует потеря ра-
ботоспособности, – 0,02·1У.
Стойкость БМК 5503БЦ7 к воздействию специальных факторов с характе-
ристиками 7.И1-4Ус, 7.И6-5Ус, 7.И7-60·1Ус, 7.С1-10·5Ус, 7.С4-0,6·1Ус, 7.К1-5·1К,
7.К4-0,3·1К.
4. Корпусное исполнение
При изготовлении БИС на БМК серии 5503 применяются металлокерамические планарные корпуса, имеющие широкий температурный диапазон и обеспечивающие высокую плотность монтажа аппаратуры.
5. Средства проектирования
Разработка полузаказных КМОП БИС на основе базовых матричных кри-
сталлов серии 5503 выполняется средствами САПР БИС «Ковчег 3.0».
САПР «Ковчег 3.0» имеет единую программную среду разработки, функци-
онирующую в среде Windows. В состав САПР входят все основные подсистемы,
необходимые для разработки и подготовки к производству полузаказной БИС,
а именно:
• графический редактор схем;
• редактор описания схем в формате Verilog netlist;
• подсистема функционально-логического моделирования;
• подсистема размещения ячеек на поле БМК;
• подсистема синтеза топологии;
• специализированный топологический редактор;
• подсистема верификации топологии;
• подсистема расчета задержек в топологии;
• подсистема аттестации проекта БИС;
• средства обеспечения оперативного прототипирования БИС на имитаторах.
Структурная схема САПР БИС «Ковчег 3.0» приведена на рис. 2.3.
Ввод схемы осуществляется средствами графического редактора схем, также
может быть использовано текстовое структурное описание схемы. Подсистема
функционально-логического моделирования обеспечивает анализ состояния схе-
мы в статическом или динамическом режимах, сохранение эталонных диаграмм
работы схемы и автоматическое сравнение текущих диаграмм с эталонными с уче-
том задержек распространения сигналов в топологии. Совмещенная подсистема
ручного и автоматического размещения ячеек на поле БМК обеспечивает возмож-
ность использовать при разработке БИС до 90% ячеек поля БМК. Синтез тополо-
гии выполняется с учетом списков цепей приоритетной разводки и скоростных
цепей. При необходимости топология может быть скорректирована средствами
топологического редактора. Подсистема верификации, с одной стороны, прове-
ряет выполнение требований правил проектирования топологии БИС, с другой –
осуществляет проверку соответствия полученной топологии БИС ее логической
схеме. Подсистема расчета задержек обеспечивает расчет задержек распростране-
ния сигналов в топологии для оценки влияния топологии на работоспособность
БИС. Подсистема аттестации позволяет оценить устойчивость проекта микросхе-
мы к воздействию внешних факторов, провести анализ влияния топологических
параметров на правильность ее функционирования. САПР обладает средствами
подготовки разрабатываемого проекта БИС для макетирования в аппаратуре за-
казчика с применением имитаторов БИС, подготовки информации для изготов-
ления фотошаблонов и разбраковки БИС на контрольно-измерительном обору-
довании.
Полное подробное описание САПР БИС «Ковчег 3.0» приведено во второй
книге серии практических пособий «Проектирование полузаказных БИС на БМК
серий 5503 и 5507».
5.1. Методология БМК – ПЛИС – БМК
При разработке полузаказных микросхем на основе БМК серии 5503 приме-
няется методология БМК – ПЛИС – БМК, которая основывается на использо-
вании имитаторов БМК при макетировании в аппаратуре заказчика. Имитатор
БМК представляет собой устройство на основе ПЛИС, позволяющее создать
функционально эквивалентный прототип разрабатываемой микросхемы. При
этом проект микросхемы может развиваться и эволюционировать в процессе раз-
работки аппаратуры заказчика, в которой данная микросхема планируется к при-
менению, без ее изготовления.
Весь процесс разработки полузаказной микросхемы выполняется в базисе
БМК в САПР «Ковчег», а на этапе прототипирования проект БИС автоматиче-
ски конвертируется из САПР «Ковчег» в САПР ПЛИС для отработки на имита-
торе. Отладка проекта микросхемы с применением имитатора БМК выполняет-
ся на всех стадиях разработки аппаратуры, вплоть до изготовления и испытания
опытных образцов. Благодаря этому завершающие операции по разработке БИС:
синтез топологии, аттестация проекта и подготовка информации для производ-
ства – выполняются уже для проекта микросхемы, требуемое функционирование
которого проверено и подтверждено заказчиком.
Таким образом, методология БМК – ПЛИС – БМК позволяет в короткие сро-
ки выполнить разработку и отладку макетного образца изделия с одновременной
отработкой аппаратуры заказчика и проектов БИС. При переходе к опытному об-
разцу изделия требуется однократное изготовление полузаказных БИС, что обеспе-
чивает быструю и гарантированную реализацию изделия на отечественной ЭКБ.
5.2. Конструкция имитаторов БМК
Конструкция имитаторов представляет собой микромодуль, в нижней части
которого располагается ПЛИС, а в верхней части расположено ПЗУ и реализова-
на схема загрузки ПЛИС. На нижней стороне печатной платы имитатора распо-
ложены внешние выводы. Размер печатной платы соответствует размеру корпуса,
в котором выпускаются БМК, расположение внешних выводов имитатора также
соответствует расположению внешних выводов БМК (рис. 2.4). Тип ПЛИС соот-
ветствует объему поля и количеству внешних выводов БМК. ПЗУ обеспечивает
возможность загрузки в ПЛИС логической модели прототипируемой БИС.
5.3. Библиотека функциональных ячеек
Разработка микросхем серии БМК 5503 выполняется в базисе унифициро-
ванной библиотеки функциональных ячеек, организационно состоящей из четы-
рех библиотек:
1) библиотеки базовых ячеек 5503, включающей в себя все основные группы
логических элементов, а также периферийные элементы, обеспечивающие функ-
ции «входа», «выхода» и «входа/выхода» цифровых и аналоговых сигналов. Би-
блиотека содержит 287 ячеек;
2) библиотеки цифроаналоговых ячеек 5503+, позволяющих реализовать
аналого-цифровую обработку сигналов. Библиотека включает в себя 28 ячеек;
3) библиотеки специальных ячеек 5503++, разработанных для реализации по
требованию заказчиков различных нестандартных специфических функций. Дан-
ная библиотека сторонним заказчикам не предоставляется;
4) библиотеки специальных ячеек 5503СС для реализации самосинхронизи-
рующихся (для краткости – самосинхронных) устройств. Самосинхронные схе-
мы характеризуются рядом параметров, выгодно отличающих их от синхронных
схем, в том числе устойчивостью функционирования к разбросу и отклонениям
параметров элементной базы из-за старения элементов, изменения температуры,
чивающие высокую плотность монтажа аппаратуры.
напряжения источника питания и других внешних воздействующих факторов.
Библиотека включает в себя 269 ячеек.
Полное подробное описание библиотек функциональных ячеек 5503 и 5503+
приведено в третьей книге, а описание библиотеки 5503СС – в четвертой книге
серии практических пособий «Проектирование полузаказных БИС на БМК серий
5503 и 5507».
6. Организация разработки микросхем серии 5503
На рис. 2.5 представлен типовой маршрут взаимодействия с заказчиком при
Подробно методология проектирования полузаказных БИС на БМК и разработ-
ки аппаратуры на их основе, обзор нормативно-технической документации, регла-
ментирующей требования к микросхемам, пример проектирования микросхемы на
БМК серии 5503 средствами САПР «Ковчег» описаны в первой книге серии прак-
тических пособий «Проектирование полузаказных БИС на БМК серий 5503 и 5507».
разработке полузаказной БИС.
1. Основные характеристики
Серия БМК 5507 конструктивно подобна серии 5503, изготавливается по
КМОП-технологии с технологическими нормами 1,5 мкм, состоит из 4 ти-
пов БМК, изготавливаемых в различных типах корпусов. Напряжение пита-
ния –3 В±10%, среднее время задержки на вентиль – не более 3,0 нс.
БМК серии 5507 соответствуют требованиям ОСТ В 11 0998 и входят в «Пере-
чень изделий, разрешенных к применению МОП 44 001.02». Основные техниче-
ские характеристики БМК серии 5507 приведены в таблице 3.1.
2. Электрические параметры
2.1. Номинальные значения электрических параметров
Номинальные значения электрических параметров микросхем, изготовлен-
ных на основе БМК серии 5507, представлены в таблице 3.2.
2.2. Предельные режимы эксплуатации
Предельно допустимые режимы эксплуатации – это внешние по отношению
к микросхеме электрические параметры, в пределах значений которых допускает-
ся эксплуатация микросхемы. Превышение предельных режимов может привести
к отказу микросхемы (таблица 3.3).
3. Стойкость к воздействию внешних факторов
3.1. Механические факторы
В таблице 3.4 приведены характеристики стойкости микросхем серии 5507
к внешним механическим воздействиям.
3.2. Климатические факторы
В таблице 3.5 приведены характеристики стойкости микросхем серии 5507
к внешним климатическим воздействиям.
4. Корпусное исполнение
При изготовлении БИС на БМК серии 5507 применяются металлокерамиче-
ские планарные корпуса, имеющие широкий температурный диапазон и обеспечивающие высокую плотность монтажа аппаратуры.
5. Средства проектирования
Разработка полузаказных КМОП БИС на основе базовых матричных кристаллов серии 5507, как и серии 5503, выполняется средствами САПР БИС «Ковчег 3.0» (см. главу 5 раздела 2).
Полное подробное описание САПР БИС «Ковчег 3.0» приведено во второй
книге серии практических пособий «Проектирование полузаказных БИС на БМК
серий 5503 и 5507».
При проектировании микросхем серии 5507 также используется методология
БМК – ПЛИС – БМК. Конструкция имитаторов серии 5507 представляет собой
микромодуль из двух печатных плат, на нижней плате которого располагается
ПЛИС, а на верхней расположено ПЗУ и реализована схема загрузки ПЛИС. На
нижней печатной плате имитатора расположены внешние выводы. Размер печатной платы соответствует размеру корпуса, в котором выпускаются БМК, расположение внешних выводов имитатора также соответствует расположению внешних выводов БМК (рис. 3.1). Тип ПЛИС соответствует объему поля и количеству
внешних выводов БМК. ПЗУ обеспечивает возможность загрузки в ПЛИС логической модели прототипируемой БИС.
Благодаря конструктивному подобию серий БМК 5503 и 5507 при проектиро-
вании БИС на БМК серии 5507 применяются библиотеки функциональных ячеек
серии 5503: 5503, 5503+, 5503++, 5503СС. Благодаря этому достигается полная схе-
мотехническая и топологическая совместимость проектов БИС серий 5503 и 5507.
Полное подробное описание библиотек функциональных ячеек 5503 и 5503+
приведено в третьей книге, а описание библиотеки 5503СС – в четвертой книге
серии практических пособий «Проектирование полузаказных БИС на БМК серий
5503 и 5507».
6. Организация разработки микросхем серии 5507
Типовой маршрут взаимодействия с заказчиком при разработке полузаказных БИС серий 5503 и 5507 аналогичен и представлен на рис. 2.5 раздела 2.
Подробно методология проектирования полузаказных БИС на БМК 5507 и
разработки аппаратуры на их основе, обзор нормативно-технической документации, регламентирующей требования к микросхемам, пример проектирования
микросхемы средствами САПР «Ковчег» описаны в первой книге серии практических пособий «Проектирование полузаказных БИС на БМК серий 5503 и 5507».