А.В. Бородин
КОНСПЕКТ ЛЕКЦИЙ
по дисциплине
«Элементная база микроэлектронной аппаратуры»
Харьков 2011
Лекция №1.
1. Основные тенденции развития современной электронной техники
1.1 Основные тенденции развития ЭТ.
1.2 Элементная база современной ЭТ.
1.3 Специализированные БИС и СБИС.
Литература:
1. Полупроводниковые приборы, интегральные микросхемы и технология их производства: Учебник / Ю. Е. Гордиенко, А. М. Гуржий, А. В. Бородин,
С. С. Бурдукова.– Харьков: «Компания СМИТ», 2004.– 620 с.
2. Быстродействующие матричные БИС и СБИС. Теория и проектирование. Под ред. Б. Н. Файзулаева и И. И. Шагурина. – М.:Радио и связь,1989.– 304 с.
3. Пономарев М. Ф., Коноплев Б. Г. Базовые матричные кристаллы и программируемые логические матрицы. – М.:Высш.шк.,1987. – 94 с.
4. Стешенко В. Б. ПЛИС фирмы «ALTERA»: элементная база, система проектирования и языки описания аппаратуры. – М.:Издательский дом «Додэка»,2002. – 576 с.
5. Угрюмов Е. П. Цифровая схемотехника. – СПб, БХВ, Петербург,2001. – 528 с.
1.1 Основные тенденции развития электронной техники
Непрерывное усложнение функциональной плотности аппаратуры происходит при непрерывном увеличении надежности, уменьшении энергопотребления, уменьшении массы и габаритов, что вызывает противоречие основных тенденций развития:
а) с увеличением сложности увеличивается количество компонентов и снижается надежность;
б) с уменьшением габаритов увеличивается удельная мощность рассеяния – это приводит к перегреву активных компонентов, что снижает надежность аппаратуры;
в) уменьшение габаритов приводит к увеличению системных помех;
г) массовое применение цифровой обработки сигнала требует разработки АЦП повышенного быстродействия и повышенной точности, а также прецизионных операционных усилителей повышенного быстродействия и специализированных процессоров цифровой обработки сигналов.
Эти противоречивые требования устраняются:
– применением специализированных микросхем высокой степени интеграции (БИС, СБИС), разработанных для применения в конкретной аппаратуре;
– реализацией специализированных БИС и СБИС. При реализации специализированных СБИС осуществляется:
1) достижение снижения потребляемой мощности применением переключателей напряжения и уменьшением рабочих напряжений и токов ИС;
2) применение новых материалов и технологий для увеличения крутизны транзисторов, а также для уменьшения и ЛЭ до субнаносекундных величин и увеличения быстродействия межсоединений;
3) применение усовершенствованных архитектур для увеличения функционального быстродействия.
1.2 Элементная база современной электронной техники
Основой МЭА является аналоговые и цифровые СБИС.
Основной тенденцией является использование функционально и конструктивно законченных СБИС.
Все СБИС можно подразделить на:
– универсальные (универсальные микропроцессоры, контроллеры, процессоры ЦОС, ИС ЗУ (интегральные схемы запоминающих устройств));
– специализированные (СБИС, которые используются для выполнения конкретных функций в конкретной МЭА);
– заказные СБИС (БИС на основе БМК (базовых матричных кристаллах) и ПЛИС (программируемые логические схемы));
– специализированные сигнальные процессоры (Digital Signal Processor) ориентированны на обработку оцифрованных потоков информации.
Интегральные схемы специального назначения подразделяются на:
– ИС устройств записи и воспроизведения звука;
– ИС систем идентификации объектов;
– ИС схемы специализированных контроллеров сервисной электроники;
– ИС интерфейсов и коммуникаций;
– ИС интеллектуальных датчиков и т.д.
Логические ИС образуют семейство ИС (рис. 1.1).
Рис. 1.1.
Здесь:
ASIC – интегральные схемы специального назначения,
PLD – программируемые логические устройства,
SPLD – простые программируемые устройства,
CPLD – комплексные программируемые устройства,
FPGA – программируемые вентильные матрицы,
Full Custom IC – полностью заказные ИС,
Cell–Based IC – аналог БМК.