Az integrált áramkörök (IC-k) tervezése

1. Az integrált áramkörök (IC-k) tervezése

2. Integrált áramkörök létrehozása • Az elektronikai ipar felosztása: • Chip gyártók, • Chip felhasználók • A chip gyártók két csoportja: • IC gyártók, feladatuk: • IC gyártás: a mélységi szerkezet kialakítása • IC tervezők, feladatuk: • IC tervezés: a felületi szerkezet kialakítása • Teljesen elválik a gyártástól, térben és időben is • Az óriási adattömeg kezelésére: számítógéppel segített tervezési (Computer-Aided Design, CAD) módszerek • Az IC gyártás és az IC tervezés közötti kapcsolat: • Tervezési szabályok(design rules) • Ezeket technológia fájlok alakjában adják meg az IC gyártók

3. Integrált áramkörök tervezése • Felülről lefelé (top-down) módon történik általában • A rendszer szintű leírást bontjuk egyre finomabb elemekre • Alulról-felfelé (bottom-up): kivételes esetekben • a részletek összerakásával állítunk elő valami újat

4. Az IC megoldás kiválasztásának módja Hogy milyen módszert választunk azt gyakran az anyagi források döntik el. Kis példányszám: olcsóbb megoldáshoz kell folyamodni, pl FPGA megoldás • További szempontok • Analóg-digitális • Hw/sw aránya • Műszaki paraméterek • Gazdaságosság • megbízhatóság • átfutási idő • élettartam • továbbfejleszthetőség • ...

5. A felülről-lefelé történő tervezés A rendszer-szintű leírásból kiindulva a logikai terven ill. áramkör listán keresztül jutunk el a layout megtervezésével a szükséges maszk minták kialakításához.

6. A digitális rendszer modellezése különböző elvonatkoztatási szinteken • Viselkedési leírás a rendszer viselkedésének leírása valamilyen hardver leíró nyelven. • Ebből az ún. logikai szintézis programok határozzák meg • a megfelelő építményt, • a szükséges logikai elemeket • és azok összeköttetéseit netlist • Az áramköri (tranzisztor) szintű leírás a hálózati lista (netlist) • Egy tranzisztor szinten leírt áramkör feladatköreáramkör analízisselállapítható meg, ill. a megtervezett áramkör működése azzal ellenőrizhető • Ebből a layout szintézis segítségével (place and route) készül el a szükséges maszkok mintázata valamilyen geometria leíró nyelven • Mindezek a lépések nagyban függenek a választott technológiától és tervezési módtól.

7. Hardver leíró nyelvek • Korábban számtalan in-house HDL • egységesíteni kellett • szabványok VHDL(Very high speed IC Hardware Description Language): • az USA hadügyminisztériuma (DoD) által meghatározott nyelv, ez lett az IEEE szabvány. • Mindenfajta rendszer minden típusú leírására alkalmas • A leírás elvonatkoztatási szintjei: • Viselkedési (Behavioral): az algoritmus leírására • Regiszter Átviteli Szint (Register Transfer Level, RTL): adatáramlás (data flow) leírására • Szerkezeti (Structural) : kapuszintű leírás

8. A legfontosabb hardver leíró nyelv:VHDL • Technológia független leírás • Általánosan használható (generic),szerkezeti szinten környezettől, eszköz karakterisztikáktól független • Jól olvasható • Egy digitális rendszer VHDL modellje (leírása) az Egyed bejelentési és az Építmény részből áll • Egyed bejelentés: a név, a ki- és bemeneti kapuk, paraméterek megadása • Építmény: A feladatkör és a fizikai paraméterek megadása • benne a begin és end közötti utasításokat egyszerre (hardver!) kell végrehajtani, nem egymás után

9. Példák VHDL RTL szintű leírásokra AND-OR kapu leírása OR kapu leírása entityAndOr is port (A,B,C: in bit; Z: out bit); endAndOr; architectureRtl ofAndOr is begin Z <= (A and B) or C; endRtl; entityOr3is port (a,b,c: in bit; d: out bit); endOr3; architectureRtl ofOr3is begin d <= aorborc; endRtl; A több lehetséges megoldás közül a szintézis program egy optimálist, pl. a leggyorsabbat fogja választani

10. Teljes összeadó különböző szintű VHDL leírásai

11. Integrált áramkörök tesztelése Az áramkör gyártás fontos része, az egyik legköltségesebb művelet • A tesztelés költsége mintegy 10–szeresére növekszik a chip – tokozott IC – berendezés – beépített berendezés folyamat egyes lépcsőin felfelé • Ezértaz esetleges hibát mielőbb fel kell tárni, és lehetőség szerint javítani • VLSI áramkörök esetén minden állapot ellenőrzése évszázadokba telne • Pl. 32bites szorzó: 264 állapot, 1GHz-es órajelet feltételezve kb. 585év • Ezért külön tudományág a tesztelhetőre való tervezés(design for testability) Hibamodelleket kell alkotni és olyan bemeneti kombinációkat, amikkel a hiba nagy valószínűséggel kimutatható A tesztelés ma már része a szintézis programoknak, bár messze van a tökéletes megoldás