eng
Содержание
Описание базовых функциональных ячеек
для разработки самосинхронных схем
и методология их проектирования
Система обозначений и состав библиотек 5503СС/5507СС ..................1
Описание базовых функциональных ячеек ................................................2
Методология проектирования самосинхронных схем .............................3
Анализ самосинхронности схем ограниченного объема методом
диаграмм переходов..........................................................................................4
Раздел 1. Система обозначений и состав библиотек
5503
СС/5507СС ...........................................................................
Основные группы функциональных ячеек ...............................................1-2
Логические ячейки, выполняющие простую функцию ....................1-2
Логические функции, выполняющие сложную функцию ............... 1-3
Мультиплексоры .................................................................................1-5
Преобразователи, компараторы, мажоритарные ячейки .................1-5
Индикаторные ячейки........................................................................1-6
Триггеры – части макроячеек ............................................................1-9
Функционально законченные триггеры ..........................................1-11
Разряд последовательного счетчика ................................................1-14
Разряд сдвигового регистра ..............................................................1-15
Ячейки одноразрядного сумматора .................................................1-16
Арбитры ............................................................................................1-16
Ячейки шины ....................................................................................1-17
Макроячейки ...........................................................................................1-17
Введение
Представляемая библиотека ячеек предназначена для реализации самосинхронизиру-
ющихся (далее для краткости – самосинхронных, СС) устройств, независимых от за-
держек ячеек (НЗЯ). В ее состав входят базовые ячейки и макроячейки, отсутствующие
в основной библиотеке функциональных ячеек базовых матричных кристаллов (БМК)
серий 5503 и 55071.
Данная библиотека СС-ячеек (в САПР «Ковчег» она обозначается как 5503СС) яв-
ляется расширением унифицированной библиотеки функциональных ячеек (в САПР
«Ковчег» она обозначается как 5503), которая ориентирована на разработку синхрон-
ных и асинхронных полузаказных микросхем на БМК серий 5503 и 5507. Предлагаемое
вашему вниманию практическое пособие входит в состав серии из 4 книг «Полузаказ-
ные БИС на БМК серий 5503 и 5507», поэтому в нем не приводятся сведения о кон-
струкции, электрических параметрах и другая информация о БМК серий 5503 и 5507,
приведенная в других книгах серии.
Термин «независимые от задержек ячеек» означает, что любой инициированный
извне переходный процесс в элементе должен быть индицирован (зафиксирован факт
его окончания) и задержка любого компонента элемента (например инвертора) может
иметь произвольное конечное значение. Ячейки НЗЯ-библиотеки могут быть использо-
ваны для построения синхронных, асинхронных или квазисамосинхронных устройств,
в которых приведенные условия не соблюдаются или соблюдаются частично. Все ячей-
ки классов «Логические ячейки, выполняющие простую функцию» и «Логические
ячейки, выполняющие сложную функцию» не содержат какой-либо самосинхронной
специ фики и могут рассматриваться как расширение традиционных библиотек логи-
ческих ячеек. В дальнейшем, если это не оговорено особо, под термином «самосин-
хронный» (СС) будет пониматься НЗЯ-исполнение.
Описания ячеек содержат краткие структурно-функциональные характеристики,
логические функции, таблицы истинности и (если необходимо) сигнальные графы.
В нотации логических функций используются символы логических операций сложе-
ния «+», умножения «*» и инверсии «/».
СС-ячейки обеспечивают индикацию окончания процессов перехода из рабочей
фазы в промежуточную (спейсер) и обратно.
Спейсеры могут принимать значения 0 и 1.
В соответствии с принципами СС-схемотехники схемы имеют на входе какие-
либо сигналы следующих типов или их сочетание:
– информационные унарные (непарные) входные сигналы;
– информационные бифазные (парные) сигналы;
– информационные парафазные сигналы без спейсера;
– информационные парафазные сигналы со спейсером;
– индикаторные унарные сигналы;
– управляющие сигналы (сигналы разрешения),
– мультистабильные сигналы.
нал, например унарный вход D у D-триггера.
Под бифазным сигналом (БФ) понимается пара выходов бистабильной ячейки
(название сигнала указывает на его родственную связь с такой ячейкой). Бифазный
сигнал имеет два устойчивых состояния (01 и 10) и только одно транзитное (переход-
ное) состояние (00 или 11).
Под парафазным сигналом без спейсера (ПФ) понимается пара сигналов, имею-
щая два устойчивых состояния (01 и 10) и два транзитных состояния (00 и 11). При-
мер – вход и выход инвертора.
Под парафазным сигналом со спейсером (ПФС) понимается представление ис-
ходного одноразрядного сигнала двумя битами. Например, 0 кодируется как 01, а 1 –
как 10. Роль спейсера играет один из двух наборов – 00 или 11. Сигнал ПФС имеет три
устойчивых состояния: 01, 10 и 00 (или 11).
Под мультистабильным сигналом (МС) понимается совокупность из m сигналов,
имеющая одно спейсерное состояние, в котором все сигналы принимают одинаковое
значение, и m рабочих состояний, в каждом из которых только один из сигналов при-
нимает значение, противоположное спейсерному. Пример – сигналы выборки одно-
каскадного мультиплексора.
Если библиотечная ячейка не имеет сигнала разрешения записи, то тип спейсера
в названии ячейки указывает на тип спейсера информационных ПФС-входов; напри-
мер, в названии ячейки R010 (однотактный RS-триггер с нулевым спейсером) состо-
яние спейсера (режима хранения информации) определяет состояние информацион-
ных ПФС-сигналов – RS = 00.
Если библиотечная ячейка имеет сигнал разрешения записи (например, R0E10 –
однотактный RS-триггер с нулевым спейсером и разрешением записи), то в названии
ячейки указывается тип спейсера именно по сигналу разрешения записи. В данном
случае нулевое значение сигнала разрешения записи запрещает запись в триггер состо-
яния информационных RS-входов и триггер хранит информацию, записанную в него
ранее.
Для ячеек с разрешением записи тип спейсера управляющего сигнала, указанный
в названии ячейки, может совпадать или отличаться от типа спейсера информацион-
ных ПФС-сигналов. Например, у ячейки R0RE11 они совпадают, а у ячейки R0RE12 –
отличаются. Тип спейсера информационных ПФС-сигналов, если таковые использу-
ются, указывается в тексте описания ячейки и в таблице истинности.
На рисунках приняты следующие обозначения:
B (BB) – прямой (обратный) сигнал БФ-сигнала, например B2, B2B – второй БФ-
сигнал на входе индикатора AOAOAI;
C – унарный сигнал самосинхронного сброса в нуль;
D – информационный унарный сигнал (сигнал данных);
E – управляющий сигнал (сигнал разрешения);
G – идентификатор гистерезисного триггера в аббревиатуре названия ячейки и
обозначении выполняемой им функции;
I – унарный сигнал индикации текущей фазы работы схемы;
P – унарный сигнал самосинхронной установки в единицу;
P (PB) – прямой (обратный) сигнал ПФС-сигнала;
R, RT – унарный сигнал синхронного (асинхронного) сброса;
R + S – парный информационный сигнал сброса/установки RS-триггера;
RT + ST – парный управляющий сигнал CC-сброса/установки RS-триггера;
S, ST – унарный сигнал синхронной или асинхронной установки в единицу;
W – унарный управляющий сигнал разрешения самосинхронного сброса/уста-
новки с использованием парных сигналов RT, ST;
0 (1) – идентификатор нулевого (единичного) спейсера в аббревиатуре названия
ячейки и обозначении функции, выполняемой ячейкой.
Знаком «+» в имени сигнала помечено его будущее значение.
Символ «*» в таблицах истинности означает любое возможное состояние, «X» –
неопределенное состояние.
Символ в условном графическом обозначении (УГО) означает, что это ячейка
с тремя состояниями и доопределением до высокого уровня.
Символ в УГО означает, что это ячейка с тремя состояниями и доопределением
до низкого уровня.
Символ в УГО означает, что выходы ячейки в рабочих состояниях – инверсные,
а в состоянии спейсера – одинаковые.
В таблице истинности для ряда ячеек, например G0P2, G0PI, G0PI2, G1P2, G1PI,
G1PI2 и других, некоторые комбинации входов помечены (выделены серым) как за-
прещенные. С позиций самосинхронизации эти состояния недопустимы, так как нару-
шается контроль действительного окончания переходных процессов. Если такие ком-
бинации появятся на входах ячейки, система моделирования «Ковчег» выдаст преду-
преждение пользователю.
В таблице задержек ячейки приведены задержки переключения соответству-
ющего выхода ячейки при изменении входа, указанного в пути, для БМК серии
5503/5507. Значения t01 и t10 соответствуют задержкам переключения выхода из со-
стояния с низким уровнем (логического 0) в состояние с высоким уровнем (логиче-
скую 1) и наоборот.
Термин «каскадность ячейки» используется в данном руководстве в двух смыс-
лах: логическом и электрическом. В логическом смысле термин «каскадность» ис-
пользуется при описании логических ячеек, выполняющих сложную функцию. В на-
чале имени ячейки указывается обозначение функции групп входов первого каскада
и количество входов каждой группы. Далее дается обозначение функций второго и
третьего каскадов.
На рис. 1 показаны УГО трех ячеек. В соответствии с термином логической каскад-
ности ячейки AND4 и AND4M – однокаскадные, а ячейка A44OI – двухкаскадная.
В СС-схемотехнике термин «однокаскадность» используется в электрическом
смысле. При этом однокаскадной является ячейка, имеющая один внешний вы-
ход, одну одновыходовую функциональную часть, определяющую логическую функ-
цию ячейки, и в некоторых случаях один или несколько инверторов или повторите-
лей. В соответствии с этим определением AND4 – двухкаскадная ячейка, AND4M и
A44OI – однокаскадные.
В СС-схеме необходимо формирование общего (глобального) сигнала окончания
переходных процессов путем сборки локальных сигналов индикации. На рис. 2 при-
ведены примеры реализации так называемого гистерезисного триггера (G-триггера)
GI2 – индикатора двух локальных сигналов индикации.
Если наборы на входах I0 и I1 (00 и 11) фиксируются на длительное время, за кото-
рое успевают закончиться все переходные процессы, оба варианта реализации (б) и (в)
свободны от состязаний. Однако если в схеме (б) изменение выхода – признак окон-
чания всех переходных процессов, то в схеме (в) после изменения выхода переходные
процессы в первом каскаде могут продолжаться.
G-триггер должен индицировать окончание переходных процессов не только
в схемах, формирующих его входы, но и в себе самом. При этом предполагается, что
логические состязания на уровне одной однокаскадной ячейки невозможны, т.к. время
ее переключения определяется в основном перезарядом ее выходной емкости.
Рассмотрим возможные состязания в схеме (в) G-триггера. Исходное состояние I0
= I1 = 0, при этом на выходах всех ячеек первого каскада логическая 1, а Q = 0. Изме-
нение выхода (Q = 1) произойдет после того, как выполнится условие I0 = I1 = 1. Пред-
положим, что задержки ячеек D2 и D3 так велики, что сигналы на их выходах остались
равными 1, в то время как один из входов I0 или I1 перешел в исходное состояние 0.
При этом выход ячейки D1 станет равным 1. Тогда выход Q может перейти из 1 в 0,
не дожидаясь окончания переходных процессов в других ячейках первого каскада, т.е.
выполнения условия I0 = I1 = 0; схема, таким образом, не выполнит функцию инди-
катора.
Реализация сложных индикаторных и функциональных СС-ячеек, эффективных
по быстродействию и аппаратным затратам, требует более разнообразных однокаскад-
ных ячеек в универсальном функциональном базисе И-ИЛИ-НЕ/ИЛИ-И-НЕ. Этим
объясняется ввод в библиотеку ячеек в базисе И-ИЛИ-НЕ и ИЛИ-И-НЕ, не имею-
щих СС-специфики.
В настоящем пособии представлено 193 ячейки и 13 макроячеек.
В пособие вошло четыре раздела. Каждый раздел имеет составную нумерацию
страниц, включающую в себя номер раздела и номер страницы в пределах раздела.
•Раздел 1. Система обозначений и состав библиотек 5503СС/5507СС
В разделе представлена система буквенных обозначений библиотечных ячеек, со-
став групп ячеек с указанием имени, выполняемой функции и страницы, на которой
приведено описание ячейки.
•Раздел 2. Описание базовых логических функциональных ячеек
В разделе в алфавитном порядке представлены описания базовых логических
ячеек. Для каждой ячейки указываются ее основные данные, а именно: имя ячейки,
графический образ, описание функционирования, таблица истинности, расчетные
значения задержек распространения сигналов, рекомендуемые значения нагрузочной
способности выходов, топологический размер ячейки, а также, при их наличии, при-
водится список выводов, у которых коэффициент объединения по входу отличен от
единицы.
•Раздел 3. Методология проектирования самосинхронных схем
В разделе рассмотрены основные принципы и методы проектирования само-
синхронной схемотехники. С учетом относительной новизны самосинхронных схем
на качественном уровне описываются отличия синхронных, асинхронных и самосин-
хронных схем. Приводится перечень потенциальных преимуществ самосинхронных
схем и причины медленного развития самосинхронной схемотехники. Приводится
классификация самосинхронных схем. Излагаются основные принципы проектиро-
вания комбинационных и последовательностных схем. Подробно рассматриваются
вопросы конвейеризации самосинхронных схем, реализации отказоустойчивости са-
мосинхронных схем и оптимизации их энергопотребления. Раздел завершается рас-
смотрением ограничений при проектировании самосинхронных схем и организации
интерфейса между синхронными и самосинхронными схемами.
•Раздел 4. Анализ самосинхронности схем ограниченного объема методом диаграмм
переходов
В разделе изложено руководство по квалификационному анализу разработанных
схем на предмет их соответствия принципам самосинхронности.
Рассматривается анализ схем на самосинхронность с помощью одной из программ,
которая находится в открытом доступе и которую можно использовать для начально-
го освоения самосинхронных схем и разработки самосинхронных схем ограниченного
объема. Приводятся примеры анализа как комбинационных, так и последовательност-
ных схем; описывается процедура диагностики в процессе анализа схем – как коррекных, самосинхронных схем, так и схем, содержащих нарушения самосинхронности.
Основные группы функциональных ячеек
В состав библиотеки 5503СС/5507СС входят следующие классы ячеек:
•базовые ячейки:
– логические ячейки, выполняющие простую функцию;
– логические ячейки, выполняющие сложную функцию;
– мультиплексоры;
– преобразователи, компараторы, мажоритарные ячейки;
– индикаторные ячейки;
– триггеры – части макроячеек;
– функционально законченные триггеры;
– разряд последовательного счетчика;
– разряд сдвигового регистра;
– ячейки одноразрядного сумматора;
– арбитры;
– ячейки шины;
•макроячейки.
Логические ячейки, выполняющие простую функцию
Имя логической ячейки, выполняющей простую функцию, включает в себя назва-
ние функции, общее количество входов, признак парафазных входных сигналов,
признак инверсного выхода, признак модификации данной ячейки (может отсут-
ствовать).
Обозначения функций:
•AND – И;
•NAN – И-НЕ;
•NOR – ИЛИ-НЕ;
•OR – ИЛИ.
Логические ячейки, выполняющие сложную функцию
Имя логической ячейки, реализующей сложную функцию, включает в себя при-
знак наличия объединенных входов, название функции первого логического ка-
скада, количество входов первого каскада, названия функций следующих логиче-
ских каскадов, номер модификации ячейки (может отсутствовать).
Обозначения функций:
•A – И (AND);
•O – ИЛИ (OR);
•I – функция инверсии.
Если имя логической ячейки превышает 6 знаков, то количество входов пер-
вого каскада может быть опущено.
Мультиплексоры
Мультиплексор – ячейка, выполняющая функцию передачи одного из нескольких
входных сигналов на выход в зависимости от значения входного управляющего
кода.
Имя мультиплексора включает в себя название функции, тип спейсера, коли-
чество входных парафазных шин, разрядность выходной парафазной шины, раз-
решение записи, признак модификации.
Разрядность выходной шины обозначается буквой В и цифрой.
В случае одноразрядного сигнала признак шины отсутствует, а буква В обо-
значает инверсию выходного сигнала.
Сигнал разрешения E и признак модификации M могут отсутствовать.
Преобразователи, компараторы, мажоритарные ячейки
Преобразователь – логическая ячейка, преобразующая бифазный сигнал в пара-
фазный.
Компаратор – логическая ячейка, выполняющая логическую функцию срав-
нения двух двоичных чисел.
Мажоритарная ячейка – логическая ячейка, выполняющая логическую функ-
цию мажорирования трех чисел (унарных или бинарных).
Имя ячейки включает в себя название функции, разрядность входных сигна-
лов, признак парафазных входных сигналов, признак инверсии выхода и признак
модификации (необязательные).
Обозначения функций:
•BPC – преобразование бифазного сигнала в парафазный;
•CMP – сравнение двух чисел с выработкой сигнала эквивалентности;
•MAJ – мажорирование.
Разрядность сравниваемых чисел может иметь значения 2, 4, 8, 16. Для одно-
разрядных компараторов разрядность не указывается.
Признак модификации M может отсутствовать.
Индикаторные ячейки
В эту группу ячеек входят как G-триггеры, так и их части, не содержащие вну-
тренней обратной связи.
Гистерезисные триггеры (G-триггеры) – ячейки, обеспечивающие индика-
цию окончания перехода из рабочей фазы в промежуточную (спейсер) и обратно
как в функциональной части СС-схемы, так и в собственно индикаторе.
Имя G-триггера включает в себя обозначение ячейки, тип спейсера, признаки
бифазных, парафазных и унарных индицируемых сигналов и их количество, сиг-
нал управления, признак инверсии выхода, признак модификации, признак сек-
ции.
Тип спейсера:
•0 – нулевой;
•1 – единичный.
В ячейках только с унарными входами тип спейсера отсутствует.
Тип индицируемых сигналов:
•I – индикаторные унарные (непарные);
•P – парафазные (парные) со спейсером (три устойчивых состояния);
•B – бифазные (парные) без спейсера (два устойчивых состояния).
Ячейки с единичными парафазными и унарными входами обозначаются про-
сто как P и I соответственно.
Признак инверсии B (в конце обозначения ячейки) указывает инверсию вы-
хода.
Признак модификации может отсутствовать. Модификациями считаются
G-триггеры, реализованные по мостовой схеме.
Признаки секции:
•I – входная;
•O – выходная.
В имени триггера указываются сигналы управления установкой и сбросом:
•S – синхронная установка (Set);
•R – синхронный сброс (Reset);
•RS – синхронные сброс и установка.
Имя индикатора образуется так же, как для ячейки со сложной функцией.
Признак модификации M может отсутствовать.
Триггеры – части макроячеек
Триггеры по уровню – полуфабрикаты, части макроячеек; для получения статуса
СС-ячеек они должны быть дополнены соответствующим индикатором оконча-
ния переходных процессов.
Имя триггера включает в себя тип ячейки, тип спейсера, тип триггера, призна-
ки управляющих сигналов, признак разрешения записи, число каскадов (тактов)
или номер модификации.
Тип ячейки отвечает его функциональному назначению как логической части
макроячейки (L – Logical part).
Тип спейсера:
•0 – нулевой;
•1 – единичный.
Обозначения типа триггера:
•R – RS-триггер;
•D – D-триггер.
В имени триггера указываются сигналы управления установкой и сбросом,
в качестве которых могут использоваться следующие сигналы:
•S – синхронная установка (Set)1;
•R – синхронный сброс (Reset);
•P – самосинхронная установка (Preset);
•C – самосинхронный сброс (Clear);
•T – самосинхронная предустановка (Timeset).
Признак разрешения записи E (Enable) указывает на наличие входа разреше-
ния записи информации в триггер (может отсутствовать).
Число тактов может быть 1 или 2; 3 означает номер модификации.
Функционально законченные триггеры
Имя триггера данных (функционально законченного триггера) включает в себя
тип триггера, тип спейсера, признаки управляющих сигналов, признак разреше-
ния записи, число каскадов (тактов) в триггере и номер модификации.
Обозначения типа триггера:
•R – RS-триггер;
•D – D-триггер.
Тип спейсера может принимать следующие значения:
•0 – нулевой;
•1 – единичный.
В имени триггера указываются сигналы управления установкой и сбросом,
в качестве которых могут использоваться такие сигналы:
•S – синхронная установка (Set);
•R – синхронный сброс (Reset);
•P – самосинхронная установка (Preset);
•C – самосинхронный сброс (Clear).
Признак разрешения записи E (Enable) указывает на наличие входа разреше-
ния записи в триггер (может отсутствовать).
Число тактов может быть 1 или 2.
Модификациями считаются триггеры, имеющие инверсные входные сигна-
лы, иное исполнение индикаторных ячеек или другие отличия. Номер модифика-
ции может принимать значения от 0 до 9.
Разряд последовательного счетчика
Разряд последовательного счетчика на базе T-триггера позволяет построить по-
следовательный самосинхронный счетчик с нулевым или единичным спейсером.
Разряд счетчика обеспечивает возможность предварительной установки в счет-
чике требуемого кода. Возможны два варианта установки – синхронный и само-
синхронный; в зависимости от требований конкретного применения реализуется
один из видов установки.
Имя счетного триггера включает в себя его обозначение, тип спейсера, управ-
ляющие сигналы, признак разрешения записи, номер модификации (может отсут-
ствовать).
Тип спейсера может принимать следующие значения:
•0 – нулевой;
•1 – единичный.
К управляющим сигналам относятся сигналы управления установкой и сбро-
сом.
Типы сброса:
•R – синхронный сброс (Reset);
•C – самосинхронный сброс (Clear).
Типы установки:
•S – синхронная установка (Set);
•P – самосинхронная установка (Preset).
Признак разрешения записи E (Enable) указывает на наличие входа разреше-
ния записи информации (может отсутствовать).
Номер модификации может отсутствовать.
Разряд сдвигового регистра
Разряд сдвигового регистра позволяет построить сдвиговый регистр с нулевым или
единичным спейсером. Обеспечивается возможность предварительной установки
в регистре требуемого кода. Возможны два варианта установки – синхронный и
самосинхронный; в зависимости от требований конкретного применения реали-
зуется один из видов установки.
Имя разряда сдвигового регистра содержит его обозначение, тип спейсера,
тип триггера, на базе которого построен разряд регистра, управляющие сигналы,
признак разрешения записи, номер модификации (может отсутствовать).
Тип спейсера может принимать следующие значения:
•0 – нулевой;
•1 – единичный.
Обозначения типа триггера:
•R – RS-триггер;
•D – D-триггер.
К управляющим относятся сигналы управления установкой и сбросом.
Типы сброса:
•R – синхронный сброс (Reset);
•C – самосинхронный сброс (Clear).
Типы установки:
•S – синхронная установка (Set);
•P – самосинхронная установка (Preset).
Признак разрешения записи E (Enable) указывает на наличие входа разреше-
ния записи информации (может отсутствовать).
Ячейки одноразрядного сумматора
В эту группу входят ячейки суммирования парафазных сигналов, которые могут
быть использованы при построении многоразрядных сумматоров и умножителей.
Имя ячейки включает в себя его обозначение и разрядность, признак парафаз-
ных входов и их количество, номер модификации ячейки (может отсутствовать).
Арбитры
В эту группу входят ячейки арбитража унарных или парафазных сигналов.
Имя ячейки включает в себя его обозначение и разрядность, признак парафаз-
ных входов и их количество, номер модификации ячейки (может отсутствовать).
Модификациями считаются арбитры с различной разрядностью входных
шин, инверсными входными шинами или другими отличиями.
Ячейка шины
Ячейка шины обеспечивает организацию шины внутри или вне поля БМК. Имя
ячейки включает в себя тип шины, обозначение функции, признак ячейки и номер
модификации.
Тип шины может принимать следующие значения:
•I – внутренняя шина (Internal);
•E – внешняя шина (External).
Обозначение функции – ячейка шины (Bus Unit).
Признак ячейки шины может принимать следующие значения:
•I – входная ячейка шины (Input);
•O – выходная ячейка шины (Output).
Модификациями считаются ячейки шины, отличающиеся уровнем сигналов
разрешения, уровнем доопределения шины и т.п. Номер модификации может от-
сутствовать.
Макроячейки
Здесь собраны функционально сложные ячейки, которые предполагается ис-
пользовать достаточно широко, но невозможно реализовать топологически как
базовые ячейки. Макроячейка представляет собой комбинацию базовых ячеек,
которая используется как единая ячейка, выполняющая сложную функцию. Огра-
ниченное число внутренних связей в ней реализуется на общем трассировочном
пространстве кристалла БМК. Каждая макроячейка содержит индикатор оконча-
ния переходных процессов.
Использование макроячеек позволяет повысить эффективность проектирова-
ния самосинхронных БИС на БМК.
Макроячейка не имеет соответствующего топологического примитива.
При проектировании топологии схемы макроячейка реализуется совокупно-
стью нескольких топологических примитивов, соответствующих ячейкам, состав-
ляющим его.
Макроячейки, представленные здесь, делятся на две группы. Первые четы-
ре ячейки составляют группу триггеров, имена которых образуются по правилам,
установленным для функционально законченных триггеров. Во вторую группу
входят разряды сдвиговых регистров. Имя разряда сдвигового регистра содержит
его обозначение, тип спейсера, тип триггера, признак управляющих сигналов,
признак разрешения записи, номер модификации (может отсутствовать).
Тип спейсера:
•0 – нулевой;
•1 – единичный.
Тип триггера может быть следующим:
•R – RS-триггер;
•D – D-триггер.
В имени регистра сдвига указываются сигналы управления установкой и сбро-
сом. В качестве управляющих могут использоваться следующие сигналы:
•S, ST – синхронная установка (Set, SetTime);
•R, RT – синхронный сброс (Reset, ResetTime);
•P – самосинхронная установка (Preset);
•C – самосинхронный сброс (Clear).
Обозначения ST и RT используются, если S и R заняты для информационных
входов.
Признак разрешения записи E (Enable) указывает на наличие входа разреше-
ния записи информации в триггер (может отсутствовать).
Модификациями считаются регистры сдвига, использующие различные ин-
дикаторные ячейки.
Номер модификации может отсутствовать.
Раздел 2. Описание базовых логических
функциональных ячеек
В разделе представлено описание базовых ячеек самосинхронных библиотек
5503СС/5507CC.
В описание базовой ячейки входят:
•имя ячейки;
•условное графическое обозначение ячейки;
•назначение ячейки;
•описание работы ячейки;
•таблица истинности;
•таблица задержек;
•максимальное количество последовательно соединенных транзисторов в це-
почках между общей шиной или шиной питания и выходом схемы;
•коэффициент объединения по всем входам;
•рекомендуемая нагрузочная способность;
•размер ячейки;
•область применения;
•рекомендации по применению (в необходимых случаях).
В описании ячейки могут отсутствовать какие-либо пункты, если они не тре-
буются.
В таблице задержек приводятся значения задержек от входов до выходов ячей-
ки при нагрузке на два типовых входа; на внешнем контакте периферийных яче-
ек – емкостная нагрузка 15 пФ. Значения задержек взяты из проектов тестовых
БИС в САПР «Ковчег».
Если ячейка представлена одновременно в библиотеках 5503СС/5507CC, то
данные таблицы задержек соответствуют семейству 5503СС. Ориентировочно –
данные по задержкам для семейства 5507CC при напряжении питания 3.0 В иден-
тичны данным для семейства 5503СС при напряжении питания 5.0 В.
Коэффициент объединения по входу показывает относительную величину
соответствующей входной емкости в условных единицах, эквивалентных емкости
одной пары затворов транзисторов n- и p-типа ячейки поля БМК.
Коэффициент объединения указывается только для тех входов, где он отли-
чается от 1.
A221OI Логическая ячейка 2И-2И-3ИЛИ-НЕ
Максимальное количество последовательно соединенных транзисто-
ров в цепочках между общей шиной или шиной питания и выходом
схемы: n-типа Nn = 2 и p-типа Np = 3.
Рекомендуемая нагрузочная способность по выходу 3.
Размер ячейки составляет 3 ячейки поля БМК.
Область применения – синхронная и СС-схемотехника.
A2222I Логическая ячейка 2И-2И-2И-2И-4ИЛИ-НЕ
Максимальное количество последовательно соединенных транзисто-
ров в цепочках между общей шиной или шиной питания и выходом
схемы: n-типа Nn=2 и p-типа Np=4.
Рекомендуемая нагрузочная способность по выходу 2.
Размер ячейки составляет 4 ячейки поля БМК.
Область применения – синхронная и СС-схемотехника.
A222OI Логическая ячейка 2И-2И-2И-3ИЛИ-НЕ
Максимальное количество последовательно соединенных транзисто-
ров в цепочках между общей шиной или шиной питания и выходом
схемы: n-типа Nn=2 и p-типа Np=3.
Рекомендуемая нагрузочная способность по выходу 3.
Размер ячейки составляет 3 ячейки поля БМК.
Область применения – синхронная и СС-схемотехника.
A2O3I Логическая ячейка 2И-3ИЛИ-НЕ
Максимальное количество последовательно соединенных транзисто-
ров в цепочках между общей шиной или шиной питания и выходом
схемы: n-типа Nn=2 и p-типа Np=3.
Рекомендуемая нагрузочная способность по выходу 3.
Размер ячейки составляет 2 ячейки поля БМК.
Область применения – синхронная и СС-схемотехника.
A2O4I Логическая ячейка 2И-4ИЛИ-НЕ
Максимальное количество последовательно соединенных транзисто-
ров в цепочках между общей шиной или шиной питания и выходом
схемы: n-типа Nn=2 и p-типа Np=4.
Рекомендуемая нагрузочная способность по выходу 2.
Размер ячейки составляет 3 ячейки поля БМК.
Область применения – синхронная и СС-схемотехника.
A2OAI Логическая ячейка 2И-2ИЛИ-2И-НЕ
Максимальное количество последовательно соединенных транзи-
сторов в цепочках между общей шиной или шиной питания и вы-
ходом схемы: n-типа Nn=3 и p-типа Np=2.
Рекомендуемая нагрузочная способность по выходу 3.
Размер ячейки составляет 2 ячейки поля БМК.
Область применения – синхронная и СС-схемотехника.
A31OI1 Логическая ячейка 3И-2ИЛИ-НЕ
Максимальное количество последовательно соединенных транзи-
сторов в цепочках между общей шиной или шиной питания и вы-
ходом схемы: n-типа Nn=3 и p-типа Np=2.
Рекомендуемая нагрузочная способность по выходу 3.
Размер ячейки составляет 2 ячейки поля БМК.
Область применения – синхронная и СС-схемотехника.
A322OI Логическая ячейка 3И-2И-2И-3ИЛИ-НЕ
Максимальное количество последовательно соединенных транзи-
сторов в цепочках между общей шиной или шиной питания и вы-
ходом схемы: n-типа Nn=3 и p-типа Np=3.
Рекомендуемая нагрузочная способность по выходу 3.
Размер ячейки составляет 4 ячейки поля БМК.
Область применения – синхронная и СС-схемотехника.
A32OI Логическая ячейка 3И-2И-2ИЛИ-НЕ
Максимальное количество последовательно соединенных транзи-
сторов в цепочках между общей шиной или шиной питания и вы-
ходом схемы: n-типа Nn=3 и p-типа Np=2.
Рекомендуемая нагрузочная способность по выходу 3.
Размер ячейки составляет 3 ячейки поля БМК.
Область применения – синхронная и СС-схемотехника.
A333OI Логическая ячейка 3И-3И-3И-3ИЛИ-НЕ
Максимальное количество последовательно соединенных транзи-
сторов в цепочках между общей шиной или шиной питания и вы-
ходом схемы: n-типа Nn=3 и p-типа Np=3.
Рекомендуемая нагрузочная способность по выходу 3.
Размер ячейки составляет 5 ячеек поля БМК.
Область применения – синхронная и СС-схемотехника.
A33OI Логическая ячейка 3И-3И-2ИЛИ-НЕ
Максимальное количество последовательно соединенных транзи-
сторов в цепочках между общей шиной или шиной питания и вы-
ходом схемы: n-типа Nn=3 и p-типа Np=2.
Рекомендуемая нагрузочная способность по выходу 3.
Размер ячейки составляет 3 ячейки поля БМК.
Область применения – синхронная и СС-схемотехника.
A41OI Логическая ячейка 4И-2ИЛИ-НЕ
Максимальное количество последовательно соединенных транзи-
сторов в цепочках между общей шиной или шиной питания и вы-
ходом схемы: n-типа Nn=4 и p-типа Np=2.
Рекомендуемая нагрузочная способность по выходу 2.
Размер ячейки составляет 3 ячейки поля БМК.
Область применения – синхронная и СС-схемотехника.
A42OI Логическая ячейка 4И-2И-2ИЛИ-НЕ
Максимальное количество последовательно соединенных транзи-
сторов в цепочках между общей шиной или шиной питания и вы-
ходом схемы: n-типа Nn=4 и p-типа Np=2.
Рекомендуемая нагрузочная способность по выходу 2.
Размер ячейки составляет 3 ячейки поля БМК.
Область применения – синхронная и СС-схемотехника.
A43OI Логическая ячейка 4И-3И-2ИЛИ-НЕ
Максимальное количество последовательно соединенных транзи-
сторов в цепочках между общей шиной или шиной питания и вы-
ходом схемы: n-типа Nn=4 и p-типа Np=2.
Рекомендуемая нагрузочная способность по выходу 2.
Размер ячейки составляет 4 ячейки поля БМК.
Область применения – синхронная и СС-схемотехника.
A44OI Логическая ячейка 4И-4И-2ИЛИ-НЕ
Максимальное количество последовательно соединенных транзи-
сторов в цепочках между общей шиной или шиной питания и вы-
ходом схемы: n-типа Nn=4 и p-типа Np=2.
Рекомендуемая нагрузочная способность по выходу 2.
Размер ячейки составляет 4 ячейки поля БМК.
Область применения – синхронная и СС-схемотехника.
AD1P1 Неполный одноразрядный сумматор с парафазными (со спейсером)
входами и унарным выходом
Ячейка AD1P1 – неполный сумматор, выполняющий сложение двух
парафазных одноразрядных чисел (A0, A0B и B0, B0B) и парафазного
сигнала переноса (CI, CIB). Результат – унарный сигнал суммы (S0).
Максимальное количество последовательно соединенных транзи-
сторов в цепочках между общей шиной или шиной питания и вы-
ходом схемы: n-типа Nn=3 и p-типа Np=3.
Коэффициент объединения по входам A0 и A0B – 2.
Рекомендуемая нагрузочная способность по выходу 3.
Размер ячейки составляет 4 ячейки поля БМК.
Область применения – синхронная и СС-схемотехника. При ис-
пользовании в СС-схеме все входы должны быть парафазными с любым, но оди-
наковым спейсером.
AD1P2 Неполный одноразрядный сумматор с парафазными (со спейсером)
входами и унарным выходом (быстродействующая модификация)
Максимальное количество последовательно соединенных транзисто-
ров – как у AD1P1; общее количество транзисторов на 25 % больше,
чем у AD1P1, быстродействие на 5–10 % лучше.
Рекомендуемая нагрузочная способность по выходу 3.
Коэффициент объединения по входам A0, A0B, CI, CIB – 2.
Размер ячейки составляет 5 ячеек поля БМК.
Представляемая библиотека ячеек предназначена для реализации самосинхронизиру-
ющихся (далее для краткости – самосинхронных, СС) устройств, независимых от за-
держек ячеек (НЗЯ). В ее состав входят базовые ячейки и макроячейки, отсутствующие
в основной библиотеке функциональных ячеек базовых матричных кристаллов (БМК)
серий 5503 и 55071.
Данная библиотека СС-ячеек (в САПР «Ковчег» она обозначается как 5503СС) яв-
ляется расширением унифицированной библиотеки функциональных ячеек (в САПР
«Ковчег» она обозначается как 5503), которая ориентирована на разработку синхрон-
ных и асинхронных полузаказных микросхем на БМК серий 5503 и 5507. Предлагаемое
вашему вниманию практическое пособие входит в состав серии из 4 книг «Полузаказ-
ные БИС на БМК серий 5503 и 5507», поэтому в нем не приводятся сведения о кон-
струкции, электрических параметрах и другая информация о БМК серий 5503 и 5507,
приведенная в других книгах серии.
Термин «независимые от задержек ячеек» означает, что любой инициированный
извне переходный процесс в элементе должен быть индицирован (зафиксирован факт
его окончания) и задержка любого компонента элемента (например инвертора) может
иметь произвольное конечное значение. Ячейки НЗЯ-библиотеки могут быть использо-
ваны для построения синхронных, асинхронных или квазисамосинхронных устройств,
в которых приведенные условия не соблюдаются или соблюдаются частично. Все ячей-
ки классов «Логические ячейки, выполняющие простую функцию» и «Логические
ячейки, выполняющие сложную функцию» не содержат какой-либо самосинхронной
специ фики и могут рассматриваться как расширение традиционных библиотек логи-
ческих ячеек. В дальнейшем, если это не оговорено особо, под термином «самосин-
хронный» (СС) будет пониматься НЗЯ-исполнение.
Описания ячеек содержат краткие структурно-функциональные характеристики,
логические функции, таблицы истинности и (если необходимо) сигнальные графы.
В нотации логических функций используются символы логических операций сложе-
ния «+», умножения «*» и инверсии «/».
СС-ячейки обеспечивают индикацию окончания процессов перехода из рабочей
фазы в промежуточную (спейсер) и обратно.
Спейсеры могут принимать значения 0 и 1.
В соответствии с принципами СС-схемотехники схемы имеют на входе какие-
либо сигналы следующих типов или их сочетание:
– информационные унарные (непарные) входные сигналы;
– информационные бифазные (парные) сигналы;
– информационные парафазные сигналы без спейсера;
– информационные парафазные сигналы со спейсером;
– индикаторные унарные сигналы;
– управляющие сигналы (сигналы разрешения),
– мультистабильные сигналы.
нал, например унарный вход D у D-триггера.
Под бифазным сигналом (БФ) понимается пара выходов бистабильной ячейки
(название сигнала указывает на его родственную связь с такой ячейкой). Бифазный
сигнал имеет два устойчивых состояния (01 и 10) и только одно транзитное (переход-
ное) состояние (00 или 11).
Под парафазным сигналом без спейсера (ПФ) понимается пара сигналов, имею-
щая два устойчивых состояния (01 и 10) и два транзитных состояния (00 и 11). При-
мер – вход и выход инвертора.
Под парафазным сигналом со спейсером (ПФС) понимается представление ис-
ходного одноразрядного сигнала двумя битами. Например, 0 кодируется как 01, а 1 –
как 10. Роль спейсера играет один из двух наборов – 00 или 11. Сигнал ПФС имеет три
устойчивых состояния: 01, 10 и 00 (или 11).
Под мультистабильным сигналом (МС) понимается совокупность из m сигналов,
имеющая одно спейсерное состояние, в котором все сигналы принимают одинаковое
значение, и m рабочих состояний, в каждом из которых только один из сигналов при-
нимает значение, противоположное спейсерному. Пример – сигналы выборки одно-
каскадного мультиплексора.
Если библиотечная ячейка не имеет сигнала разрешения записи, то тип спейсера
в названии ячейки указывает на тип спейсера информационных ПФС-входов; напри-
мер, в названии ячейки R010 (однотактный RS-триггер с нулевым спейсером) состо-
яние спейсера (режима хранения информации) определяет состояние информацион-
ных ПФС-сигналов – RS = 00.
Если библиотечная ячейка имеет сигнал разрешения записи (например, R0E10 –
однотактный RS-триггер с нулевым спейсером и разрешением записи), то в названии
ячейки указывается тип спейсера именно по сигналу разрешения записи. В данном
случае нулевое значение сигнала разрешения записи запрещает запись в триггер состо-
яния информационных RS-входов и триггер хранит информацию, записанную в него
ранее.
Для ячеек с разрешением записи тип спейсера управляющего сигнала, указанный
в названии ячейки, может совпадать или отличаться от типа спейсера информацион-
ных ПФС-сигналов. Например, у ячейки R0RE11 они совпадают, а у ячейки R0RE12 –
отличаются. Тип спейсера информационных ПФС-сигналов, если таковые использу-
ются, указывается в тексте описания ячейки и в таблице истинности.
На рисунках приняты следующие обозначения:
B (BB) – прямой (обратный) сигнал БФ-сигнала, например B2, B2B – второй БФ-
сигнал на входе индикатора AOAOAI;
C – унарный сигнал самосинхронного сброса в нуль;
D – информационный унарный сигнал (сигнал данных);
E – управляющий сигнал (сигнал разрешения);
G – идентификатор гистерезисного триггера в аббревиатуре названия ячейки и
обозначении выполняемой им функции;
I – унарный сигнал индикации текущей фазы работы схемы;
P – унарный сигнал самосинхронной установки в единицу;
P (PB) – прямой (обратный) сигнал ПФС-сигнала;
R, RT – унарный сигнал синхронного (асинхронного) сброса;
R + S – парный информационный сигнал сброса/установки RS-триггера;
RT + ST – парный управляющий сигнал CC-сброса/установки RS-триггера;
S, ST – унарный сигнал синхронной или асинхронной установки в единицу;
W – унарный управляющий сигнал разрешения самосинхронного сброса/уста-
новки с использованием парных сигналов RT, ST;
0 (1) – идентификатор нулевого (единичного) спейсера в аббревиатуре названия
ячейки и обозначении функции, выполняемой ячейкой.
Знаком «+» в имени сигнала помечено его будущее значение.
Символ «*» в таблицах истинности означает любое возможное состояние, «X» –
неопределенное состояние.
Символ в условном графическом обозначении (УГО) означает, что это ячейка
с тремя состояниями и доопределением до высокого уровня.
Символ в УГО означает, что это ячейка с тремя состояниями и доопределением
до низкого уровня.
Символ в УГО означает, что выходы ячейки в рабочих состояниях – инверсные,
а в состоянии спейсера – одинаковые.
В таблице истинности для ряда ячеек, например G0P2, G0PI, G0PI2, G1P2, G1PI,
G1PI2 и других, некоторые комбинации входов помечены (выделены серым) как за-
прещенные. С позиций самосинхронизации эти состояния недопустимы, так как нару-
шается контроль действительного окончания переходных процессов. Если такие ком-
бинации появятся на входах ячейки, система моделирования «Ковчег» выдаст преду-
преждение пользователю.
В таблице задержек ячейки приведены задержки переключения соответству-
ющего выхода ячейки при изменении входа, указанного в пути, для БМК серии
5503/5507. Значения t01 и t10 соответствуют задержкам переключения выхода из со-
стояния с низким уровнем (логического 0) в состояние с высоким уровнем (логиче-
скую 1) и наоборот.
Термин «каскадность ячейки» используется в данном руководстве в двух смыс-
лах: логическом и электрическом. В логическом смысле термин «каскадность» ис-
пользуется при описании логических ячеек, выполняющих сложную функцию. В на-
чале имени ячейки указывается обозначение функции групп входов первого каскада
и количество входов каждой группы. Далее дается обозначение функций второго и
третьего каскадов.
На рис. 1 показаны УГО трех ячеек. В соответствии с термином логической каскад-
ности ячейки AND4 и AND4M – однокаскадные, а ячейка A44OI – двухкаскадная.
В СС-схемотехнике термин «однокаскадность» используется в электрическом
смысле. При этом однокаскадной является ячейка, имеющая один внешний вы-
ход, одну одновыходовую функциональную часть, определяющую логическую функ-
цию ячейки, и в некоторых случаях один или несколько инверторов или повторите-
лей. В соответствии с этим определением AND4 – двухкаскадная ячейка, AND4M и
A44OI – однокаскадные.
В СС-схеме необходимо формирование общего (глобального) сигнала окончания
переходных процессов путем сборки локальных сигналов индикации. На рис. 2 при-
ведены примеры реализации так называемого гистерезисного триггера (G-триггера)
GI2 – индикатора двух локальных сигналов индикации.
Если наборы на входах I0 и I1 (00 и 11) фиксируются на длительное время, за кото-
рое успевают закончиться все переходные процессы, оба варианта реализации (б) и (в)
свободны от состязаний. Однако если в схеме (б) изменение выхода – признак окон-
чания всех переходных процессов, то в схеме (в) после изменения выхода переходные
процессы в первом каскаде могут продолжаться.
G-триггер должен индицировать окончание переходных процессов не только
в схемах, формирующих его входы, но и в себе самом. При этом предполагается, что
логические состязания на уровне одной однокаскадной ячейки невозможны, т.к. время
ее переключения определяется в основном перезарядом ее выходной емкости.
Рассмотрим возможные состязания в схеме (в) G-триггера. Исходное состояние I0
= I1 = 0, при этом на выходах всех ячеек первого каскада логическая 1, а Q = 0. Изме-
нение выхода (Q = 1) произойдет после того, как выполнится условие I0 = I1 = 1. Пред-
положим, что задержки ячеек D2 и D3 так велики, что сигналы на их выходах остались
равными 1, в то время как один из входов I0 или I1 перешел в исходное состояние 0.
При этом выход ячейки D1 станет равным 1. Тогда выход Q может перейти из 1 в 0,
не дожидаясь окончания переходных процессов в других ячейках первого каскада, т.е.
выполнения условия I0 = I1 = 0; схема, таким образом, не выполнит функцию инди-
катора.
Реализация сложных индикаторных и функциональных СС-ячеек, эффективных
по быстродействию и аппаратным затратам, требует более разнообразных однокаскад-
ных ячеек в универсальном функциональном базисе И-ИЛИ-НЕ/ИЛИ-И-НЕ. Этим
объясняется ввод в библиотеку ячеек в базисе И-ИЛИ-НЕ и ИЛИ-И-НЕ, не имею-
щих СС-специфики.
В настоящем пособии представлено 193 ячейки и 13 макроячеек.
В пособие вошло четыре раздела. Каждый раздел имеет составную нумерацию
страниц, включающую в себя номер раздела и номер страницы в пределах раздела.
•Раздел 1. Система обозначений и состав библиотек 5503СС/5507СС
В разделе представлена система буквенных обозначений библиотечных ячеек, со-
став групп ячеек с указанием имени, выполняемой функции и страницы, на которой
приведено описание ячейки.
•Раздел 2. Описание базовых логических функциональных ячеек
В разделе в алфавитном порядке представлены описания базовых логических
ячеек. Для каждой ячейки указываются ее основные данные, а именно: имя ячейки,
графический образ, описание функционирования, таблица истинности, расчетные
значения задержек распространения сигналов, рекомендуемые значения нагрузочной
способности выходов, топологический размер ячейки, а также, при их наличии, при-
водится список выводов, у которых коэффициент объединения по входу отличен от
единицы.
•Раздел 3. Методология проектирования самосинхронных схем
В разделе рассмотрены основные принципы и методы проектирования само-
синхронной схемотехники. С учетом относительной новизны самосинхронных схем
на качественном уровне описываются отличия синхронных, асинхронных и самосин-
хронных схем. Приводится перечень потенциальных преимуществ самосинхронных
схем и причины медленного развития самосинхронной схемотехники. Приводится
классификация самосинхронных схем. Излагаются основные принципы проектиро-
вания комбинационных и последовательностных схем. Подробно рассматриваются
вопросы конвейеризации самосинхронных схем, реализации отказоустойчивости са-
мосинхронных схем и оптимизации их энергопотребления. Раздел завершается рас-
смотрением ограничений при проектировании самосинхронных схем и организации
интерфейса между синхронными и самосинхронными схемами.
•Раздел 4. Анализ самосинхронности схем ограниченного объема методом диаграмм
переходов
В разделе изложено руководство по квалификационному анализу разработанных
схем на предмет их соответствия принципам самосинхронности.
Рассматривается анализ схем на самосинхронность с помощью одной из программ,
которая находится в открытом доступе и которую можно использовать для начально-
го освоения самосинхронных схем и разработки самосинхронных схем ограниченного
объема. Приводятся примеры анализа как комбинационных, так и последовательност-
ных схем; описывается процедура диагностики в процессе анализа схем – как коррекных, самосинхронных схем, так и схем, содержащих нарушения самосинхронности.
Основные группы функциональных ячеек
В состав библиотеки 5503СС/5507СС входят следующие классы ячеек:
•базовые ячейки:
– логические ячейки, выполняющие простую функцию;
– логические ячейки, выполняющие сложную функцию;
– мультиплексоры;
– преобразователи, компараторы, мажоритарные ячейки;
– индикаторные ячейки;
– триггеры – части макроячеек;
– функционально законченные триггеры;
– разряд последовательного счетчика;
– разряд сдвигового регистра;
– ячейки одноразрядного сумматора;
– арбитры;
– ячейки шины;
•макроячейки.
Логические ячейки, выполняющие простую функцию
Имя логической ячейки, выполняющей простую функцию, включает в себя назва-
ние функции, общее количество входов, признак парафазных входных сигналов,
признак инверсного выхода, признак модификации данной ячейки (может отсут-
ствовать).
Обозначения функций:
•AND – И;
•NAN – И-НЕ;
•NOR – ИЛИ-НЕ;
•OR – ИЛИ.
Логические ячейки, выполняющие сложную функцию
Имя логической ячейки, реализующей сложную функцию, включает в себя при-
знак наличия объединенных входов, название функции первого логического ка-
скада, количество входов первого каскада, названия функций следующих логиче-
ских каскадов, номер модификации ячейки (может отсутствовать).
Обозначения функций:
•A – И (AND);
•O – ИЛИ (OR);
•I – функция инверсии.
Если имя логической ячейки превышает 6 знаков, то количество входов пер-
вого каскада может быть опущено.
Мультиплексоры
Мультиплексор – ячейка, выполняющая функцию передачи одного из нескольких
входных сигналов на выход в зависимости от значения входного управляющего
кода.
Имя мультиплексора включает в себя название функции, тип спейсера, коли-
чество входных парафазных шин, разрядность выходной парафазной шины, раз-
решение записи, признак модификации.
Разрядность выходной шины обозначается буквой В и цифрой.
В случае одноразрядного сигнала признак шины отсутствует, а буква В обо-
значает инверсию выходного сигнала.
Сигнал разрешения E и признак модификации M могут отсутствовать.
Преобразователи, компараторы, мажоритарные ячейки
Преобразователь – логическая ячейка, преобразующая бифазный сигнал в пара-
фазный.
Компаратор – логическая ячейка, выполняющая логическую функцию срав-
нения двух двоичных чисел.
Мажоритарная ячейка – логическая ячейка, выполняющая логическую функ-
цию мажорирования трех чисел (унарных или бинарных).
Имя ячейки включает в себя название функции, разрядность входных сигна-
лов, признак парафазных входных сигналов, признак инверсии выхода и признак
модификации (необязательные).
Обозначения функций:
•BPC – преобразование бифазного сигнала в парафазный;
•CMP – сравнение двух чисел с выработкой сигнала эквивалентности;
•MAJ – мажорирование.
Разрядность сравниваемых чисел может иметь значения 2, 4, 8, 16. Для одно-
разрядных компараторов разрядность не указывается.
Признак модификации M может отсутствовать.
Индикаторные ячейки
В эту группу ячеек входят как G-триггеры, так и их части, не содержащие вну-
тренней обратной связи.
Гистерезисные триггеры (G-триггеры) – ячейки, обеспечивающие индика-
цию окончания перехода из рабочей фазы в промежуточную (спейсер) и обратно
как в функциональной части СС-схемы, так и в собственно индикаторе.
Имя G-триггера включает в себя обозначение ячейки, тип спейсера, признаки
бифазных, парафазных и унарных индицируемых сигналов и их количество, сиг-
нал управления, признак инверсии выхода, признак модификации, признак сек-
ции.
Тип спейсера:
•0 – нулевой;
•1 – единичный.
В ячейках только с унарными входами тип спейсера отсутствует.
Тип индицируемых сигналов:
•I – индикаторные унарные (непарные);
•P – парафазные (парные) со спейсером (три устойчивых состояния);
•B – бифазные (парные) без спейсера (два устойчивых состояния).
Ячейки с единичными парафазными и унарными входами обозначаются про-
сто как P и I соответственно.
Признак инверсии B (в конце обозначения ячейки) указывает инверсию вы-
хода.
Признак модификации может отсутствовать. Модификациями считаются
G-триггеры, реализованные по мостовой схеме.
Признаки секции:
•I – входная;
•O – выходная.
В имени триггера указываются сигналы управления установкой и сбросом:
•S – синхронная установка (Set);
•R – синхронный сброс (Reset);
•RS – синхронные сброс и установка.
Имя индикатора образуется так же, как для ячейки со сложной функцией.
Признак модификации M может отсутствовать.
Триггеры – части макроячеек
Триггеры по уровню – полуфабрикаты, части макроячеек; для получения статуса
СС-ячеек они должны быть дополнены соответствующим индикатором оконча-
ния переходных процессов.
Имя триггера включает в себя тип ячейки, тип спейсера, тип триггера, призна-
ки управляющих сигналов, признак разрешения записи, число каскадов (тактов)
или номер модификации.
Тип ячейки отвечает его функциональному назначению как логической части
макроячейки (L – Logical part).
Тип спейсера:
•0 – нулевой;
•1 – единичный.
Обозначения типа триггера:
•R – RS-триггер;
•D – D-триггер.
В имени триггера указываются сигналы управления установкой и сбросом,
в качестве которых могут использоваться следующие сигналы:
•S – синхронная установка (Set)1;
•R – синхронный сброс (Reset);
•P – самосинхронная установка (Preset);
•C – самосинхронный сброс (Clear);
•T – самосинхронная предустановка (Timeset).
Признак разрешения записи E (Enable) указывает на наличие входа разреше-
ния записи информации в триггер (может отсутствовать).
Число тактов может быть 1 или 2; 3 означает номер модификации.
Функционально законченные триггеры
Имя триггера данных (функционально законченного триггера) включает в себя
тип триггера, тип спейсера, признаки управляющих сигналов, признак разреше-
ния записи, число каскадов (тактов) в триггере и номер модификации.
Обозначения типа триггера:
•R – RS-триггер;
•D – D-триггер.
Тип спейсера может принимать следующие значения:
•0 – нулевой;
•1 – единичный.
В имени триггера указываются сигналы управления установкой и сбросом,
в качестве которых могут использоваться такие сигналы:
•S – синхронная установка (Set);
•R – синхронный сброс (Reset);
•P – самосинхронная установка (Preset);
•C – самосинхронный сброс (Clear).
Признак разрешения записи E (Enable) указывает на наличие входа разреше-
ния записи в триггер (может отсутствовать).
Число тактов может быть 1 или 2.
Модификациями считаются триггеры, имеющие инверсные входные сигна-
лы, иное исполнение индикаторных ячеек или другие отличия. Номер модифика-
ции может принимать значения от 0 до 9.
Разряд последовательного счетчика
Разряд последовательного счетчика на базе T-триггера позволяет построить по-
следовательный самосинхронный счетчик с нулевым или единичным спейсером.
Разряд счетчика обеспечивает возможность предварительной установки в счет-
чике требуемого кода. Возможны два варианта установки – синхронный и само-
синхронный; в зависимости от требований конкретного применения реализуется
один из видов установки.
Имя счетного триггера включает в себя его обозначение, тип спейсера, управ-
ляющие сигналы, признак разрешения записи, номер модификации (может отсут-
ствовать).
Тип спейсера может принимать следующие значения:
•0 – нулевой;
•1 – единичный.
К управляющим сигналам относятся сигналы управления установкой и сбро-
сом.
Типы сброса:
•R – синхронный сброс (Reset);
•C – самосинхронный сброс (Clear).
Типы установки:
•S – синхронная установка (Set);
•P – самосинхронная установка (Preset).
Признак разрешения записи E (Enable) указывает на наличие входа разреше-
ния записи информации (может отсутствовать).
Номер модификации может отсутствовать.
Разряд сдвигового регистра
Разряд сдвигового регистра позволяет построить сдвиговый регистр с нулевым или
единичным спейсером. Обеспечивается возможность предварительной установки
в регистре требуемого кода. Возможны два варианта установки – синхронный и
самосинхронный; в зависимости от требований конкретного применения реали-
зуется один из видов установки.
Имя разряда сдвигового регистра содержит его обозначение, тип спейсера,
тип триггера, на базе которого построен разряд регистра, управляющие сигналы,
признак разрешения записи, номер модификации (может отсутствовать).
Тип спейсера может принимать следующие значения:
•0 – нулевой;
•1 – единичный.
Обозначения типа триггера:
•R – RS-триггер;
•D – D-триггер.
К управляющим относятся сигналы управления установкой и сбросом.
Типы сброса:
•R – синхронный сброс (Reset);
•C – самосинхронный сброс (Clear).
Типы установки:
•S – синхронная установка (Set);
•P – самосинхронная установка (Preset).
Признак разрешения записи E (Enable) указывает на наличие входа разреше-
ния записи информации (может отсутствовать).
Ячейки одноразрядного сумматора
В эту группу входят ячейки суммирования парафазных сигналов, которые могут
быть использованы при построении многоразрядных сумматоров и умножителей.
Имя ячейки включает в себя его обозначение и разрядность, признак парафаз-
ных входов и их количество, номер модификации ячейки (может отсутствовать).
Арбитры
В эту группу входят ячейки арбитража унарных или парафазных сигналов.
Имя ячейки включает в себя его обозначение и разрядность, признак парафаз-
ных входов и их количество, номер модификации ячейки (может отсутствовать).
Модификациями считаются арбитры с различной разрядностью входных
шин, инверсными входными шинами или другими отличиями.
Ячейка шины
Ячейка шины обеспечивает организацию шины внутри или вне поля БМК. Имя
ячейки включает в себя тип шины, обозначение функции, признак ячейки и номер
модификации.
Тип шины может принимать следующие значения:
•I – внутренняя шина (Internal);
•E – внешняя шина (External).
Обозначение функции – ячейка шины (Bus Unit).
Признак ячейки шины может принимать следующие значения:
•I – входная ячейка шины (Input);
•O – выходная ячейка шины (Output).
Модификациями считаются ячейки шины, отличающиеся уровнем сигналов
разрешения, уровнем доопределения шины и т.п. Номер модификации может от-
сутствовать.
Макроячейки
Здесь собраны функционально сложные ячейки, которые предполагается ис-
пользовать достаточно широко, но невозможно реализовать топологически как
базовые ячейки. Макроячейка представляет собой комбинацию базовых ячеек,
которая используется как единая ячейка, выполняющая сложную функцию. Огра-
ниченное число внутренних связей в ней реализуется на общем трассировочном
пространстве кристалла БМК. Каждая макроячейка содержит индикатор оконча-
ния переходных процессов.
Использование макроячеек позволяет повысить эффективность проектирова-
ния самосинхронных БИС на БМК.
Макроячейка не имеет соответствующего топологического примитива.
При проектировании топологии схемы макроячейка реализуется совокупно-
стью нескольких топологических примитивов, соответствующих ячейкам, состав-
ляющим его.
Макроячейки, представленные здесь, делятся на две группы. Первые четы-
ре ячейки составляют группу триггеров, имена которых образуются по правилам,
установленным для функционально законченных триггеров. Во вторую группу
входят разряды сдвиговых регистров. Имя разряда сдвигового регистра содержит
его обозначение, тип спейсера, тип триггера, признак управляющих сигналов,
признак разрешения записи, номер модификации (может отсутствовать).
Тип спейсера:
•0 – нулевой;
•1 – единичный.
Тип триггера может быть следующим:
•R – RS-триггер;
•D – D-триггер.
В имени регистра сдвига указываются сигналы управления установкой и сбро-
сом. В качестве управляющих могут использоваться следующие сигналы:
•S, ST – синхронная установка (Set, SetTime);
•R, RT – синхронный сброс (Reset, ResetTime);
•P – самосинхронная установка (Preset);
•C – самосинхронный сброс (Clear).
Обозначения ST и RT используются, если S и R заняты для информационных
входов.
Признак разрешения записи E (Enable) указывает на наличие входа разреше-
ния записи информации в триггер (может отсутствовать).
Модификациями считаются регистры сдвига, использующие различные ин-
дикаторные ячейки.
Номер модификации может отсутствовать.
Раздел 2. Описание базовых логических
функциональных ячеек
В разделе представлено описание базовых ячеек самосинхронных библиотек
5503СС/5507CC.
В описание базовой ячейки входят:
•имя ячейки;
•условное графическое обозначение ячейки;
•назначение ячейки;
•описание работы ячейки;
•таблица истинности;
•таблица задержек;
•максимальное количество последовательно соединенных транзисторов в це-
почках между общей шиной или шиной питания и выходом схемы;
•коэффициент объединения по всем входам;
•рекомендуемая нагрузочная способность;
•размер ячейки;
•область применения;
•рекомендации по применению (в необходимых случаях).
В описании ячейки могут отсутствовать какие-либо пункты, если они не тре-
буются.
В таблице задержек приводятся значения задержек от входов до выходов ячей-
ки при нагрузке на два типовых входа; на внешнем контакте периферийных яче-
ек – емкостная нагрузка 15 пФ. Значения задержек взяты из проектов тестовых
БИС в САПР «Ковчег».
Если ячейка представлена одновременно в библиотеках 5503СС/5507CC, то
данные таблицы задержек соответствуют семейству 5503СС. Ориентировочно –
данные по задержкам для семейства 5507CC при напряжении питания 3.0 В иден-
тичны данным для семейства 5503СС при напряжении питания 5.0 В.
Коэффициент объединения по входу показывает относительную величину
соответствующей входной емкости в условных единицах, эквивалентных емкости
одной пары затворов транзисторов n- и p-типа ячейки поля БМК.
Коэффициент объединения указывается только для тех входов, где он отли-
чается от 1.
A221OI Логическая ячейка 2И-2И-3ИЛИ-НЕ
Максимальное количество последовательно соединенных транзисто-
ров в цепочках между общей шиной или шиной питания и выходом
схемы: n-типа Nn = 2 и p-типа Np = 3.
Рекомендуемая нагрузочная способность по выходу 3.
Размер ячейки составляет 3 ячейки поля БМК.
Область применения – синхронная и СС-схемотехника.
A2222I Логическая ячейка 2И-2И-2И-2И-4ИЛИ-НЕ
Максимальное количество последовательно соединенных транзисто-
ров в цепочках между общей шиной или шиной питания и выходом
схемы: n-типа Nn=2 и p-типа Np=4.
Рекомендуемая нагрузочная способность по выходу 2.
Размер ячейки составляет 4 ячейки поля БМК.
Область применения – синхронная и СС-схемотехника.
A222OI Логическая ячейка 2И-2И-2И-3ИЛИ-НЕ
Максимальное количество последовательно соединенных транзисто-
ров в цепочках между общей шиной или шиной питания и выходом
схемы: n-типа Nn=2 и p-типа Np=3.
Рекомендуемая нагрузочная способность по выходу 3.
Размер ячейки составляет 3 ячейки поля БМК.
Область применения – синхронная и СС-схемотехника.
A2O3I Логическая ячейка 2И-3ИЛИ-НЕ
Максимальное количество последовательно соединенных транзисто-
ров в цепочках между общей шиной или шиной питания и выходом
схемы: n-типа Nn=2 и p-типа Np=3.
Рекомендуемая нагрузочная способность по выходу 3.
Размер ячейки составляет 2 ячейки поля БМК.
Область применения – синхронная и СС-схемотехника.
A2O4I Логическая ячейка 2И-4ИЛИ-НЕ
Максимальное количество последовательно соединенных транзисто-
ров в цепочках между общей шиной или шиной питания и выходом
схемы: n-типа Nn=2 и p-типа Np=4.
Рекомендуемая нагрузочная способность по выходу 2.
Размер ячейки составляет 3 ячейки поля БМК.
Область применения – синхронная и СС-схемотехника.
A2OAI Логическая ячейка 2И-2ИЛИ-2И-НЕ
Максимальное количество последовательно соединенных транзи-
сторов в цепочках между общей шиной или шиной питания и вы-
ходом схемы: n-типа Nn=3 и p-типа Np=2.
Рекомендуемая нагрузочная способность по выходу 3.
Размер ячейки составляет 2 ячейки поля БМК.
Область применения – синхронная и СС-схемотехника.
A31OI1 Логическая ячейка 3И-2ИЛИ-НЕ
Максимальное количество последовательно соединенных транзи-
сторов в цепочках между общей шиной или шиной питания и вы-
ходом схемы: n-типа Nn=3 и p-типа Np=2.
Рекомендуемая нагрузочная способность по выходу 3.
Размер ячейки составляет 2 ячейки поля БМК.
Область применения – синхронная и СС-схемотехника.
A322OI Логическая ячейка 3И-2И-2И-3ИЛИ-НЕ
Максимальное количество последовательно соединенных транзи-
сторов в цепочках между общей шиной или шиной питания и вы-
ходом схемы: n-типа Nn=3 и p-типа Np=3.
Рекомендуемая нагрузочная способность по выходу 3.
Размер ячейки составляет 4 ячейки поля БМК.
Область применения – синхронная и СС-схемотехника.
A32OI Логическая ячейка 3И-2И-2ИЛИ-НЕ
Максимальное количество последовательно соединенных транзи-
сторов в цепочках между общей шиной или шиной питания и вы-
ходом схемы: n-типа Nn=3 и p-типа Np=2.
Рекомендуемая нагрузочная способность по выходу 3.
Размер ячейки составляет 3 ячейки поля БМК.
Область применения – синхронная и СС-схемотехника.
A333OI Логическая ячейка 3И-3И-3И-3ИЛИ-НЕ
Максимальное количество последовательно соединенных транзи-
сторов в цепочках между общей шиной или шиной питания и вы-
ходом схемы: n-типа Nn=3 и p-типа Np=3.
Рекомендуемая нагрузочная способность по выходу 3.
Размер ячейки составляет 5 ячеек поля БМК.
Область применения – синхронная и СС-схемотехника.
A33OI Логическая ячейка 3И-3И-2ИЛИ-НЕ
Максимальное количество последовательно соединенных транзи-
сторов в цепочках между общей шиной или шиной питания и вы-
ходом схемы: n-типа Nn=3 и p-типа Np=2.
Рекомендуемая нагрузочная способность по выходу 3.
Размер ячейки составляет 3 ячейки поля БМК.
Область применения – синхронная и СС-схемотехника.
A41OI Логическая ячейка 4И-2ИЛИ-НЕ
Максимальное количество последовательно соединенных транзи-
сторов в цепочках между общей шиной или шиной питания и вы-
ходом схемы: n-типа Nn=4 и p-типа Np=2.
Рекомендуемая нагрузочная способность по выходу 2.
Размер ячейки составляет 3 ячейки поля БМК.
Область применения – синхронная и СС-схемотехника.
A42OI Логическая ячейка 4И-2И-2ИЛИ-НЕ
Максимальное количество последовательно соединенных транзи-
сторов в цепочках между общей шиной или шиной питания и вы-
ходом схемы: n-типа Nn=4 и p-типа Np=2.
Рекомендуемая нагрузочная способность по выходу 2.
Размер ячейки составляет 3 ячейки поля БМК.
Область применения – синхронная и СС-схемотехника.
A43OI Логическая ячейка 4И-3И-2ИЛИ-НЕ
Максимальное количество последовательно соединенных транзи-
сторов в цепочках между общей шиной или шиной питания и вы-
ходом схемы: n-типа Nn=4 и p-типа Np=2.
Рекомендуемая нагрузочная способность по выходу 2.
Размер ячейки составляет 4 ячейки поля БМК.
Область применения – синхронная и СС-схемотехника.
A44OI Логическая ячейка 4И-4И-2ИЛИ-НЕ
Максимальное количество последовательно соединенных транзи-
сторов в цепочках между общей шиной или шиной питания и вы-
ходом схемы: n-типа Nn=4 и p-типа Np=2.
Рекомендуемая нагрузочная способность по выходу 2.
Размер ячейки составляет 4 ячейки поля БМК.
Область применения – синхронная и СС-схемотехника.
AD1P1 Неполный одноразрядный сумматор с парафазными (со спейсером)
входами и унарным выходом
Ячейка AD1P1 – неполный сумматор, выполняющий сложение двух
парафазных одноразрядных чисел (A0, A0B и B0, B0B) и парафазного
сигнала переноса (CI, CIB). Результат – унарный сигнал суммы (S0).
Максимальное количество последовательно соединенных транзи-
сторов в цепочках между общей шиной или шиной питания и вы-
ходом схемы: n-типа Nn=3 и p-типа Np=3.
Коэффициент объединения по входам A0 и A0B – 2.
Рекомендуемая нагрузочная способность по выходу 3.
Размер ячейки составляет 4 ячейки поля БМК.
Область применения – синхронная и СС-схемотехника. При ис-
пользовании в СС-схеме все входы должны быть парафазными с любым, но оди-
наковым спейсером.
AD1P2 Неполный одноразрядный сумматор с парафазными (со спейсером)
входами и унарным выходом (быстродействующая модификация)
Максимальное количество последовательно соединенных транзисто-
ров – как у AD1P1; общее количество транзисторов на 25 % больше,
чем у AD1P1, быстродействие на 5–10 % лучше.
Рекомендуемая нагрузочная способность по выходу 3.
Коэффициент объединения по входам A0, A0B, CI, CIB – 2.
Размер ячейки составляет 5 ячеек поля БМК.