СИСТЕМА АВТОМАТИЗИРОВАННОГО ПРОЕКТИРОВАНИЯ (САПР) АНАЛОГОВЫХ ИНТЕГРАЛЬНЫХ СХЕМ. ПРОГРАММА "CREATOR"

ЛИТЕРАТУРА
1. Г.Красников, А.Нечипарепко Формирование ассортимента продукции производителя ИС в условиях реформируемой экономики России/'/' Электроника: НТБ. 1998. №3-4. С.63-65.
2. «Виртуальные» измерительные приборы//Электроника: НТБ. 1998, №3-4. С.] 38.
3. N. Sasaki Higher Harmonic Generation in CMOS/SOS Ring Oscil!ators//IEEE Transactions on Electron Devices. Vol. ED-29. № 2. 1982. P.2S0-283.
УДК 621.396.6
А.А. Лебедев, A.M. Вайзер
СИСТЕМА АВТОМАТИЗИРОВАННОГО ПРОЕКТИРОВАНИЯ (САПР) АНАЛОГОВЫХ ИНТЕГРАЛЬНЫХ СХЕМ. ПРОГРАММА "CREATOR'’
Московский государственный инженерно — физический институт 115409, Каширское ш. 31, тел.: 3240184, 3239191, e-mail: djatel@jtpex.micro.mephi.ru, aalebedevCapnail.ru
Как известно, решение проблемы синтеза аналоговых интегральных схем (ИС) алгоритмическими методами практически невозможно, так как в аналоговой технике отсутствует формализованная процедура проектирования АИС из-за сложности организации полноты элементной базы .
В работе предложена методология анализа и синтеза аналоговых ИС (па примере повышения быстродействия и точности стандартных ИС ОУ классов тА741 и 846) путем разбиения (декомпозиции) их структур на блоки, каскады, узлы и элементы, занимающие в структуре базы данных (БД) пять логических уровней (подробней см. ниже).
Решение поставленной задачи - повышение точности и быстродействия указанных ИС ОУ - основывается на использовании инженерных методик и правил поиска новых технических решений. Эти решения требуют введения в соответствующие структуры прототипа токовых динамических конфигураций [I]. При этом гарантируется сохранение динамической целостности проектируемого устройства и выполнение законов коммутации в электрической цепи,
Предложенные методы синтеза аналоговых ИС выдвигают на первый план научно обоснованные методы декомпозиции прототипа и разработку БД, Предложенная модель синтеза основывается на двух основополагающих моментах: формирование правил синтеза и практическая реализация в виде программного продукта.
Процедура синтеза может быть разбита на несколько этапов:
1. Определение "окон" (узлов) прототипа с целью улучшения тех или иных показателей и характеристик.
2. Выбор схемотехнической ячейки, заложенной в библиотеку БД.
3. Программа синтеза новой ячейки, не содержащейся в БД.
4. Объединение выбранной схемотехнической ячейки с исходной схемой прототипа.
5. Верификация предложенных решений с точки зрения сохранения динамической целостности функционирования и выполнения законов коммутации в электрической цепи "окна".
6. Разработка программы расчета с помощью метода локальной пошаговой дедукции, позволяющей в случае неудачного решения вернуться назад на (п-
I )-й шаг программы и скорректировать допущенные ошибки.
7. Ранжирование новых технических решений по критерию эффективности P*t3 для отбора вариантов технических решений, наиболее полно отвечающих требованиям ТЗ.
Данный САПР является завершенным программным продуктом, состоящим из набора взаимосвязанных подпрограмм.
Каждая подпрограмма сама по себе является законченной мини-программой.
Наиболее важными среди подпрограмм являются следующие: База Данных (далее БД) микроэлектронных компонентов, программа - оболочка Creator (предназначенная для визуального проектирования и редактирования БД), программа распознавания подэлементов (служит для декомпозиции новой введенной схемы на элементы, находящиеся в БД), программа графического / визуального соединения на панели проектирования, программа автоматического сопряжения элементов и другие программы. Нетрудно заметить, что большинство мини-программ (далее программ) так или иначе взаимодействуют с БД, поэтому остановимся на ней подробнее.
Данная БД по логике своей работы является сетевой БД, но физически она реализована как реляционная (с некоторыми упрощениями).
При формировании БД было сформировано 5 логических уровней размещения элементов.
На первом логическом уровне расположены атомарные (неделящисся) элементы - "примитивы": транзисторы, резисторы, диоды и др.
На пятом уровне расположены "завершенные" элементы - "устройства": ОУ. компараторы и т.п.
На промежуточных уровнях расположены элементы с разной степенью интеграции "примитивов": парные комбинации * на втором, функциональные узлы -на третьем и функциональные блоки (входные, выходные, промежуточные и другие каскады) - на четвертом.
Каждый элемент более высокого уровня может быть разбит в процессе декомпозиции на подэлементы более низких уровней, причем комбинаций разбиения может быть несколько, в зависимости от поставленной задачи улучшения того или иного параметра.
Физически, БД содержит 4 взаимосвязанные таблицы, первая из которых -основная. В ней содержится вся "неизменяемая" информация по каждому элементу. Так как эта таблица содержит элементы, расположенные с первого уровня по пятый, то она имеет универсальную структуру полей. (Таким образом, за удобство заполнения таблицы БД и универсальность ввода информации мы "заплатили" избыточностью: некоторые поля для элементов некоторых уровней будут пусты всегда.)
Основным же звеном (фактически, ядром) данного программного продукта, принципиально отличающим его от других схемотехнических программ, являются программы синтеза и анализа схемы. Данное ядро включает в себя большое число "правил" и "алгоритмов синтеза", сформулированных и реализованных в результате совместной работы профессионалов двух направлений: инженерое-
схемотехников с большим стажем и программистов со знанием схемотехники. Данное ядро программы - это воплощение многолетнего опыта разработки аналоговых и аналогово-цифровых схем и современной технологии.
В качестве примера рассмотрим процесс синтеза одного из ОУ с целью
улучшения технических характеристик. Как было сказано ранее, был выбран ОУ шА741. Данный выбор основывался на двух основных причинах: I) данный ОУ (вместе со своими схемотехническими модификациями) получил наиболее широкое распространение; 2) у данного ОУ большой входной динамический диапазон = ±15В и высокий коэффициент напряжения =» ЮОдБ. Основным же недостатком являлась невысокая скорость нарастания входного сигнала: V,, « 1 В/'мкс. В связи с этим, была поставлена задача: сохранив все остальные технические характеристики, увеличить на порядок величину скорости нарастания. Реализация синтеза ОУ состояла из ряда шагов, приведенных ниже, и привела в итоге к решению поставленной задачи: Ун > 10 В/мкс.
Рассмотрим подробнее процедуру синтеза.
1. Проводится анализ ОУ - прототипа тА741 с целью вывода аналитического выражения для скорости нарастания Уи : Ун - 2*1к) / СК1)р (2*15 мкА / 30 пФ - 1 В/мкс).
2.Выявляется узел, ограничивающий скорость нарастания V,. (“Окно 1”).
3.Просматриваются библиотечные варианты повышения скорости нарастания и„.
^Предварительно выбирается один (“лучший”) из вариантов (фрагмент ОУ НА2700) и проводится анализ скорости нарастания.
5.Проводится сравнение улучшенного и сохраненного параметров (вводятся ограничения).
6.Показывается необходимость введения нестандартного схемотехнического решения, т.к. выбранный вариант, обеспечивая заданную скорость нарастания, в два раза уменьшает динамический входной диапазон.
7.Вырабатывается концепция поиска технического решения на основе применения токовых схемотехнических ячеек.
8.Уточняется узел (“Окно 1”) подключения и структура подключаемого схемотехнического “модернизатора”.
9.Вводится “Окно 2” (рис. 1).
Рис. 1. ОУ тА741 с двумя выделенными "окнами"
10.Проводится анализ гипотетической ячейки “Окна 2”.
11 .Разрабатываются правила включения “Окна 2” в структуру прототипа.
12.Проводится частичный синтез технического решения “Окна 2”
13.Проводится стыковка “Окна 1" и “Окна 2” .
14.Проводится анализ схемотехнического решения на законы коммутации электрической цепи.
15.Анализируется синтезируемая схема на Рэр^е.
Выполнив все пункты данного процесса синтеза, мы получили требуемый результат: скорость нарастания стала равной V,, и ф+1и) / СК(|р (20*15 мкА / 30 пФ = 10 В/мкс)
Примерный вид спроектированной схемы изображен на рис.2.
Рис 2. Фрагмент спроектированного ОУ с повышенной скоростью нарастания где ОТ ВД -Отражатель Тока Выборочного Действия.
В результате вышесказанного, можно сделать вывод: спроектированный САПР призван помочь проектировщику в процессе проектирования аналоговых н аналогово-цифровых НС (а не в процессе расчета, как с этим успешно справляют* ся Design Lab, PSpice и т.п. программы).
ЛИТЕРАТУРА
1. А.А.Лебедев.Токоъ&я концепция проектирования ИС с повышенной точностью и быстродействием на основе типовых схемотехнических структур//Сборник научных трудов “Научнаясессия МИФИ -99”, Т 6 .М., 1999.
УДК 621.3.049.77
Б.Г. Коноплев, Е.А. Рындин, А. В, Ковалев
РАСЧЕТ НАДЕЖНОСТИ СИСТЕМ С УЧЕТОМ УСТРОЙСТВ УПРАВЛЕНИЯ
Таганрогский государственный радиотехнический университет,
347928, г. Таганрог, ГСП-17А, пер.Некрасовский, 44, тел.: (S6344) 64447, e-mail: fep(a)tsu re.ru
При проектировании сложных микросистем обеспечение высокой надежности и живучести, как правило, невозможно без структурного резервирования отдельных элементов, фрагментов и кристаллов [1, 2]. При этом одной из основных проблем является оптимальный выбор резервируемых элементов, метода и крат-