Структура и элементная база цифровых систем. Реализуемая логическая функция. Нагрузочная способность, страница 28

Условные вершины представляют процедуры проверки условий, в зависимости от которых реализуется та или иная последовательность микрокоманд.

При проектировании цифровых систем могут использоваться отдельные контроллеры для управления различными узлами и блоками цифровой системы. При этом одни контроллеры в зависимости от поступающих сигналов могут включать другие. Таким образом, устройство управления представляет собой совокупность нескольких контроллеров.

Управляющие микропрограммы во многом похожи на обычные программы. Они хранятся в ЗУ, ПЗУ или реализуются на ПЛМ, входящей в состав контроллера.

СИ                                                   Шина D                                                X      Y
 (внешние условия)

                                                      Микрокоманда

Формируемая контроллером микрокоманда представляет собой двоичное число, отдельные разряды или группы разрядов которого образуют поля, каждое из которых управляет работой определенного узла или блока.

Последовательность формируемых контроллером микрокоманд образует микропрограмму, реализующую выполнение команды.

Начальный адрес микропрограммы заносится в МПС, на котором формируется адрес следующей микрокоманды, если они размещены в МПЗУ последовательно в соседних ячейках памяти.

Последняя микрокоманда содержит адресный код (АК), разрешающий выполнение следующей команды. Поле АК микрокоманды используется также при формировании следующей микрокоманды, если необходимо организовать ветвление микропрограммы в соответствии со значением внешних условий X ,Y.

При необходимости реализации простого жесткого алгоритма вместо МПЗУ используется ПЛМ.

В этом случае схема микроконтроллера значительно упрощается.

             СИ                    команда                            условия

                                                 Микрокоманда                          адресный код

ПМЛ программируется таким образом, чтобы при поступлении команды, адресного кода и условий на выходах РМК формировалась определенная микрокоманда, а на выходах РС1 – новый АК, используемый в следующем такте СИ для формирования следующей микрокоманды.

Матричные БИС

Дальнейшее повышение уровня интеграции БИС вызвало появление более эффективных схем на основе т. н. базовых матричных кристаллов (БМК), которые позволяют изготавливать специализированные БИС по техническому заданию заказчика в короткие сроки.

Матричная БИС, изготавливаемая по КМОП – технологии, построена на базовых ячейках, содержащих четыре транзистора: два  n – канальных  и два p – канальных.

Схема матричной БИС

ТЯ – топологические ячейки, разделенные на четыре базовых;

1 – контактные площадки;

2 – выходные транзисторные ячейки – формирователи сигналов вход- выход;

3 – схемы согласования входных сигналов с внутренними сигналами БИС.

Каждая топологическая ячейка имеет стандартный набор элементов.

Между ТЯ предусмотрено свободное пространство для трассировки соединений элементов разных ТЯ между собой. При этом, в одних каналах  проводники размещаются по горизонтали, в других  - по вертикали. Обычно создается 2 – 3 уровня соединений, расположенных друг под другом проводников, разделенных слоем диэлектрика (SiO₂). При необходимости в диэлектрике делаются окна для межуровневых переходов.

При трехуровневой системе соединений на верхнем уровне размещаются шины питания, на среднем – горизонтальные соединения, на нижнем – вертикальные. На периферии БМК размещены вспомогательные схемы.

Компонентный состав БЯ выбирается таким образом, чтобы он был достаточным для  реализации сложных  функциональных элементов – макроэлементов.

БЯ содержит компоненты, эквивалентные 20 – 25 элементам И-НЕ.

Использование БМК позволяет получить время переключения элемента порядка 0,1 нсек.