Мікро- та наносхеми з програмованими структурами

Abstract

Поширення та впровадження великих інтегральних мікро- та наносхем (ВІС) в пристроях цифрової і аналогової електроніки суттєво покращує їх експлуатаційні характеристики і параметри, підвищуючи надійність, продуктивність, швидкодію та зменшуючи собівартість, енергоспоживання, вагові та габаритні показники. Водночас, проектування та виготовлення ВІС є довготривалим і дорогим процесом, до того ж економічно і технологічно виправданим за досить великих об’ємів виробництва. Зараз збільшення універсальності ВІС завжди супроводжується зменшенням їх спеціального застосування. Така суперечливість із запровадженням спеціалізованих і водночас універсальних ВІС з’ясовується на початкових етапах автоматизованого ієрархічного проектування. Для підвищення ефективності систем автоматизованого проектування (САПР) в роботі створені універсальні мікро- та наносхеми з програмованими структурами (МНПС). Однією з переваг програмованих логічних інтегральних схем (ПЛІС) перед ВІС є малий час виготовлення з наперед заданими характеристиками. При цьому береться стандартна мікро- або наносхема і за рахунок подання на певні входи спеціальних сигналів або відповідним з’єднанням виводів напрямлено змінюються її параметри. Ця перевага визначає основне призначення таких ПЛІС – заміну груп логічних ІС середнього і великого ступенів інтеграції. В якості простих ПЛІС можуть використовуватися мультиплексори. В статті наведені ефективні методи програмування мультиплексорних МНПС для реалізації функцій булевої та мажоритарної логіки. Отримані результати можна використовувати для репрограмування мультиплексорних функціональних блоків програмованих інтегральних схем. На сучасних САПР виконане співставне моделювання логічних МНПС, яке довело адекватність їх функціонування, переваги частотних і недоліки температурних характеристик наномультиплексорних схем.

In this work, structural programming does not mean the creation of algorithms for processing multi-argument functions by changing the operating programs, as implemented by the microprocessor, but rather technological changes in the large-scale integrated circuits (LSIC) configurations in such a way as to synthesize logical functions at the structural-logical level. During the automated design and manufacture of programmable LSIC (FPGA or CPLD), the same technological cycle is used as for specialized circuits. Obviously, such LSICs are universal for technologists. However, programming of individual LSICs that implement given functions is performed by the user. Thus, the main advantage of universal (FPGA, CPLD) programmable LSIC over specialized ones is low cost, which is fundamentally important for small-scale production. Currently, the increase in the universality of LSIC is always accompanied by a decrease in their special application. Such inconsistency is revealed in the initial stages of automated hierarchical design. Universal micro- and nanocircuits with programmable structures are used to increase the efficiency of CAD. One of the advantages of programmable logic integrated circuits (PLCs) over LSIC is a short manufacturing time with predetermined characteristics. At the same time, a standard micro- or nanocircuit is taken and its parameters are directly changed by applying special signals to certain inputs or connecting the outputs accordingly. This advantage determines the main purpose of such FPGAs - the replacement of groups of logic ICs of medium and large degrees of integration. Multiplexers can be used as simple FPGAs. The article introduces effective methods of multivariate programming of multiplexer MNPS for reproduction of Boolean and majority logic functions. The obtained results can be used for reprogramming multiplexer functional blocks of programmable integrated circuits. Comparative modeling of logical MNPS was performed on modern CAD systems, which proved the adequacy of their functioning, advantages of frequency and disadvantages of temperature characteristics of nanomultiplexer circuits.