Исследование и разработка аналого-цифровых КМОП КНИ БМК с расширенными функциональными возможностями

• Автор: Фролов, Дмитрий Петрович
• Шифр специальности: 05.27.01
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2014
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 141 с. : ил.

Оглавление
ВВЕДЕНИЕ

Глава 1. Литературный обзор

1.1. Введение

1.2 Анализ эксплуатационных требований и выбор базовой технологии создания специализированных АЦ БМК

1.3 Анализ архитектур и схемно-конструктивных решений АЦ БМК

1.4 Исследование архитектур реконфигурируемых и программируемых аналоговых матричных структур

1.5 Исследование методов реализации МЭУ на основе АТТ БМК

1.6. Исследование методов топологической "персонализации" АЦ БМК.

1.7 Анализ методов межкомпонентного согласования уровней аналоговых сигналов

1.8 Выводы
1.9 Постановка задачи
Глава 2. Архитектурные методы расширения функциональных
возможностей аналого-цифровых БМК
2.1 Метод формирования состава АЦ БМК с блочной архитектурой на основе анализа комплексных функций МЭУ
2.2 Разработка МЭУ на основе АЦ БМК с учетом требований по межкомпонентному согласованию сигналов
2.3 Разработка конструктивных методов снижения числа слоев "персонализации" матричных СБИС
2.4 Маршрут построения топологии АЦ БМК с эффективным использованием коммутационного пространства
2.5 Выводы
Глава 3. Исследование и разработка универсальной реконфигурируемой
аналоговой базовой ячейки АЦ БМК
3.1 Алгоритм синтеза универсальной реконфигурируемой аналоговой

ячейки матричных кристаллов
3.2 Разработка реконфигурируемой аналоговой ячейки и метод построения электрически реконфигурируемых матричных СБИС
3.3 Расчет и оценка эффективности использования состава предложенной реконфигурируемой аналоговой ячейки
3.4 Выводы
Глава 4. Схемотехнические методы расширения диапазонов питающих и
сигнальных напряжений аналого-цифровых БМК
4.1 Метод преобразования сигналов на основе стекового соединения КМОП КНИ транзисторов
4.2. Разработка схем аналоговых базовых элементов для межкомпонентного согласования сигналов
4.3. Разработка схем цифровых базовых элементов для межкомпонентного согласования сигналов
4.4. Разработка универсальной реконфигурируемой ячейки ввода/вывода АЦ БМК и результаты экспериментальных исследований
4.5. Выводы
Глава 5. Практическое применение результатов в разработке микросхем
аналого-цифровых БМК и МЭУ на их основе
5.1. Разработка микросхем АЦ БМК с расширенными
функциональными возможностями
5.1.1 Разработка КМОП КНС АЦ БМК с блочной архитектурой
5.1.2. Разработка КМОП КНИ АЦ БМК высокой степени интеграции
5.2. Реализация аналого-цифровых МЭУ различного функционального назначения на основе АЦ БМК
5.3. Выводы
Заключение
ЛИТЕРАТУРА
Приложения
ВВЕДЕНИЕ
Актуальность темы исследования
В настоящее время активно осуществляется модернизация существующих и создание новых образцов аппаратуры специального и двойного назначения. Основой модернизации является замена используемых функциональных узлов, выполненных на микросхемах малой степени интеграции, на современные аналоговые и аналого-цифровые СБИС. Согласование впервые вводимых в эксплуатацию субмикронных ИС с уже используемой электронной компонентной базой (ЭКБ) вызывает множество проблем, прежде всего связанных с разным напряжением питания микросхем и уровнями сигналов.
Микроэлектронные устройства (МЭУ) аппаратуры специального назначения различны по своей функциональности, электрическим параметрам, и, в большинстве своем, являются мелкосерийными изделиями (годовая потребность в отдельных СБИС может исчисляться десятками или даже единицами штук). Эти факторы оказывают влияние на сложность и длительность разработки, производства и испытаний каждого МЭУ, что определяет высокую конечную стоимость таких СБИС.
Для существенного сокращения сроков модернизации аппаратуры, сложности и стоимости такой модернизации, а также с целью обеспечения повторной пригодности разработанных функциональных блоков, необходимо применять полузаказное проектирование.
При этом наиболее эффективным направлением разработки полузаказных ИС для аппаратуры специального назначения является применения базовых матричных кристаллов (БМК). Это обусловлено тем, что при создании БМК изготавливаются тестовые микросхемы, подвергаемые всем видам квалификационных испытаний с последующим выпуском групповых технических условий (ТУ), что значительно упрощает процесс аттестации СБИС, разрабатываемых на их основе. Этот фактор значительно

Согласно литературе [56] для любого АЦ МЭУ можно поставить в соответствие комплексную (т.е. сложную) функцию, сформированную на основе концепции идеализации, однотипных устройств. Реализуемая комплексная функция разбивается на аналоговые и цифровые ЭФ, каждой из которых ставится в соответствие функциональный элемент (ФЭ), разрабатываемый с использованием состава аналого-цифрового БМК.
Таким образом, для реализации большинства типов АЦ МЭУ на основе АЦ БМК, а также, с целью определения требований к компонентному составу базового матричного кристалла необходимо исследовать наиболее востребованные КФ аналого-цифровых микроэлектронных устройств. Это позволит, представив каждую КФ в виде композиции ЭФ, выделить основные ЭФ и реализовать их в виде функциональных элементов АЦ БМК.
1.6. Исследование методов топологической "персонализации" АЦ БМК.
При реализации аналого-цифровых МЭУ на основе БМК после этапа схемотехнического проектирования осуществляется топологическая разработка МЭУ. Другими словами, осуществляется «персонализация» БМК в требуемую СБИС с помощью проведения межкомпонентных коммутаций.
Электрические соединения выполняются, как правило, с помощью металлических шин. Для создания связей между элементами используется одно- и многоуровневая металлизация. Большой практический интерес представляют матричные БИС с одним заказным уровнем металлизации, что упрощает проектирование и изготовление матричных СБИС [57].
В литературе [57] выделяют две разновидности конструкций базовых кристаллов, элементы которых покрыты двухслойной системой оксид-металл или только слоем оксида.
В конструкциях первого вида в слое защитного оксида вытравлены отверстия ко всем внутренним контактам. Затем пластина с кристаллами полностью покрывается слоем металла, а лишний металл удаляется с тех