Проектирование быстродействующего обрабатывающего устройства ЭВМ. Расчет основных и произвольных компоновочных параметров логической схемы устройств. Расчет энергетических характеристик, выбор системы охлаждения. Требования к элементам конструкций.
Аннотация к работе
Актуальность применения МКМ подчеркивает тот факт, что смене поколений СВТ характерны свои принципы проектирования и компоновки элементов и устройств, методы обработки информации, проблемы конструктивно-технологического порядка. Переход к каждому последующему поколению связан с изменением этих принципов и традиций, которые ведут к увеличению быстродействию, надежности, минимизации конструкций и уменьшения стоимости.Задано: Nmaxэффек=175000, i=1,2,3,4, МП-принцип, М1=10, М4=36Логические элементы в модулях БИС используются со средней эффективностью равной 0,5. Вычислим, сведя результаты в таблицу 1.1: Таблица 1.1 Обоснование выбора схеметехники приведено в п.3 при расчете энергетических характеристик.Основные компоновочные параметры рассчитываем по формулам системных компоновочных соотношений, приведенных в п.4 для заданного по условию микропроцессорного принципа компоновки.Рассчитаем мощность, потребляемую одним ЛЭ, задержку и напряжение: Принимаем UБЛЭ=5 В, тогда Зная, заданную максимальную эффективную интеграцию и энергетические параметры одного ЛЭ, определим параметры всей БИС: Анализируя параметры рассеивания мощности для КМОП, ТТЛ и ЭСЛ видно, что РТТЛ и РЭСЛ в 5-20 раз выше, чем РКМОП, при этом возникает не решаемая проблема отвода тепла. Следовательно, в качестве схемотехники СБИС выбираем КМОП технологию. Найдем мощность, которая рассеивается при работе кристалла (фактическую мощность): РКРФАКТСБИС=РСБИС/Сск, где Сск - скважность, определяемая по формулеДля выбора системы охлаждения воспользуемся отношением PS - плотность, Вт / см2 (выбирается по специальной таблице в зависимости от вида системы охлаждения). Выражая отсюда площадь, получим В нашем случае имеем корпус с планарными выводами, расположенными равномерно по всем четырем сторонам корпуса с шагом 0,25 мм.Для правильного функционирования МКМ недопустимы даже кратковременные искажения информации, т.к. они приводят к ошибкам в конечных результатах и, как следствие, к потерям машинного времени для повторного вычисления. Помехи, как правило, имеют характер кратковременных импульсов. К внешним относятся помехи от промышленной сети электропитания, сильноточных переключателей, атмосферных осадков. Защита от таких помех осуществляется конструктивно на уровне непосредственно ЭВМ (устройства защиты, стабилизаторы), поэтому непосредственно для МКМ их влияние можно не рассматривать. К внутренним помехам относятся такие помехи, амплитуда и длительность воздействия которых находятся в прямой зависимости от амплитуды и длительности фронтов сигнала ЛЭ.Расчет производим по формулам (5.6), (5.8), (5.9) и сводим в таблицу 6.1Произведем расчет средней длины связи и средней длины цепи по формулам (6.7) и (6.8) соответственно. При расчете используем интеграцию схемы Nmaxэффект и максимальную интеграцию БМК Nmaxmax, а также значения функционального объема Mi и Msi соответственно.Произведем расчет суммарной длины связей, которая определяется отдельно для каждого уровня компоновки (SLCBI) по формуле (6.9), а затем суммируются по кристаллу в целом (SLCBKP), при этом для кристалла БИС, суммирование длин связей имеет свои особенности: SLCBI=lсвi*Nсвi - для внутренних уровнях МКМ (i=1,2,3) Расчет плотности трасс в кристалле (Птркр) производится по формулам (6.10) и (6.11) с учетом общей суммарной длины связей в кристалле, его площади и эффективности использования трасс равная 0,7. Результаты расчетов сведены в таблицу 6.3: Таблица 6.3 При расчетах используем ранее рассчитанные значения параметров, а также то, что кристалл СБИС является симметричным (квадратная форма KLI=1) и внешние контакты расположены равномерно по 4-ым сторонам (Cxi=Cyi=1/4). Результаты расчетов сведены в таблицу 6.4: Таблица 6.4Число потенциальных слоев зависит от структуры кристалла. Структура кристалла зависит от числа потенциальных слоев.Большое число внешних выводов приводит к необходимости применения корпуса МКМ со штырьковыми выводами. Для увеличения плотности располагаем выводы в шахматном порядке с шагом 2,5 мм. При таком расположении выводов площадь кристалла с отступом от слоев займет 153 вывода (9х9 8х8 выводов (см. рис.3)). Таким образом, при расчете габаритов корпуса как прямоугольной модели с равномерным расположением выводов, общее число контактов можно определить как 990 153 = 1143 выводов. Таким образом, реализуем корпус с 1201 (25 х 25 24 х 24) выводом и прямоугольным окном под кристалл (минус 153 вывода).Установка кристалла в корпус можно осуществить на клей марки ВК-32-2000 с последующей распайкой контактных площадок кристалла на соответствующие выводы корпуса, с применением микропроволоки и использованием автоматизированных средств.МКМ подвергается воздействию внешней агрессивной среды, которая может существенно снизить рабочие характеристики.Для определений значений схемной задержки (тлэ) и входного сопротивления (Rвых) ЛЭ типа КМОП используем эмпирические соотношения, полученные на основе "принципа масштабирования": тлэ=0,188*l0,91; Rвых=1200*l0,91, где l в мкм,
План
Оглавление
Введение
1. Выбор схемотехники, уровня технологии и параметров БМК МКМ
1.1 Выбор значения М2 и М3
1.2 Определение максимальной интеграции БИС
1.3 Определение уровней полупроводниковой технологии () МКМ
1.4 Выбор схемотехники.
2. Расчет основных и произвольных компоновочных параметров логической схемы устройства
2.1 Расчет основных (первичных) компоновочных параметров логических схем
3. Расчет энергетических характеристик МКМ
4. Выбор система охлаждения МКМ и обоснование требований к элементам конструкций
5. Описание принципов обеспечения помехоустойчивости конструкции
6. Расчет конструкции коммутационных элементов
6.1 Расчет среднего числа связей в логической цепи
6.2 Расчет средних длин связей и средних длин логических цепей
6.3 Расчет трассировочной способности
6.4 Расчет слойности, структуры и выбор числа потенциальных слоев
7. Выбор и обоснование общей конструкции МКМ
7.1 Расчет числа выводов и определение типа корпуса МКМ
7.2 Крепление кристалла в корпусе
7.3 Герметизация корпуса
8. Расчет параметров системного и функционального быстродействия МКМ
9. Выбор и обоснование технических решений по конструкции разъемного соединителя для МКМ
10. Технологическая часть
Заключение
Литература
Введение
Темой данной курсовой работы является проектирование быстродействующего обрабатывающего устройства в объеме одного МКМ на бескорпусных БИС.
Актуальность применения МКМ подчеркивает тот факт, что смене поколений СВТ характерны свои принципы проектирования и компоновки элементов и устройств, методы обработки информации, проблемы конструктивно-технологического порядка. Переход к каждому последующему поколению связан с изменением этих принципов и традиций, которые ведут к увеличению быстродействию, надежности, минимизации конструкций и уменьшения стоимости.
Самым минимальным функциональным уровнем, присутствующим всегда, является логический элемент, выполняющий элементарную логическую функцию типа И, И-НЕ. Такой элемент обычно именуют термином "базовый ЛЭ".
Максимальным функциональным уровнем является либо сама ЭВМ, либо вычислительный комплекс (ВК), состоящий из нескольких процессоров или ЭВМ, либо вычислительная система (ВС), состоящая из нескольких ВК.
Этот функциональный состав можно представить в виде иерархической структуры:
Каждый из перечисленных уровней предназначен для выполнения определенной функции и представляет собой совокупность из ниже стоящего уровня. Развитие технологии сегодня позволяет заменять ФБ на МКМ на бескорпусных БИС, что позволяет наиболее рационально проектировать СВТ.