Принципы микросхемотехники
Микросхемотехника – это раздел микроэлектроники, который охватывает разработку и исследования структурных и электрических схем, используемых в интегральных микросхемах, а также в электронной аппаратуре на их основе.
Принципы микросхемотехники представляют собой результат исследований, которые направлены на выявление и значительных различий между схемами на дискретных компонентах и интегральными микросхемами, отражающие специфику технологий изготовления интегральных микросхем, а также тенденцию роста их функциональных узлов. Существуют два принципа микросхемотехники:
- Принцип схемотехнической избыточности. Данный принцип заключается в усложнении производства интегральных микросхем, с целью увеличения уровня их качества, повышения технологичности, а также сведению к минимуму площади кристалла.
- Принцип согласования цепей. Данный принцип заключается конструкторско-технологической реализации микросхем, в результате которого необходимые электрические показатели и характеристики будут пропорциональны по отношению к друг друг в широком интервале воздействия.
Принципы микросхемотехники ограничены возможностями и ограничениями. Технология производства полупроводниковых интегральных микросхем ориентировано на создание такой схемы, к которой n-p-n транзисторы обладают оптимальными параметрами и характеристиками. При этом характеристики и параметры других составляющих являются производными, поэтому предопределены и ограничены. Для получения необходимых характеристик транзисторов, в технологический процесс производства вводятся дополнительные стадии. Еще одно ограничение связано с реализацией конденсаторов, обладающих высокой емкостью и высокоомных резисторов, способствующих увеличению площади кристалла. По этой причине высокоомные резисторы реализуются в виде большого внутреннего динамического сопротивления источников тока на транзисторе. В усилительных каскадах применяют сложные элементы, например Дарлингтона. Большие емкости не могут быть реализованы за счет увеличения площади на кристалле, по этой причине использование межкаскадных конденсаторов недопустимо.
Технология производства интегральных микросхем создает условия для разработки и производства схемных элементов, которые позволяют получить совершенно новые свойства. Разработчики интегральных микросхем не могут выбирать схемные составляющие, но у них есть возможность менять технологические режимы с целью решения поставленных задач.
Проектирование интегральных микросхем
Микросхема – это микроэлектронное устройство, которое производится на полупроводниковой пластине, помещенной в пленку.
Задача микросхемотехники заключается в разработке и проектировании новых типов микросхем. Процесс проектирование интегральной микросхемы - создание описания, которое является необходимым для построения технического объекта еще не существовавшего, в заданных условиях. Выделяют следующие стадии проектирования:
- Структурное проектирование.
- Схемное проектирование.
- Конструкторско-технологическое проектирование.
Структурное проектирование состоит из структурного синтеза и структурного анализа. В процессе синтеза создается структурная схема, которая должна обеспечивать выполнение функций, предусмотренных техническим заданием. В процессе структурного анализа определяется правильность работы синтезированной структуры при различных условиях работы и осуществляется сравнительная оценка ее основных параметров и характеристик. Как правило, создается несколько структурных схем, из которых выбираются схемы с наилучшими показателями.
Для выбранных структурных схем производится схемное проектирование. Результатом данного проектирования является электрическая схема интегральной микросхемы. Схемное проектирование состоит из схемного синтеза (создание электрической схемы, соответствующей варианту структуры) и схемного анализа (определение электрических параметров). Во время схемного анализа должна быть решена задача, касающаяся параметрической оптимизации схемы. В процессе схемного проектирования разрабатываются несколько вариантов электрической схемы, которые могут отличаться друг от друга базой составляющих, структурой и значениями параметров. Затем выбирается самый оптимальный.
Конструкторско-технологическое проектирование состоит из следующих этапов: выбор или разработка нового технологического процесса производства микросхемы, разработка топологии схемы, анализ полученной топологии, инженерный расчет физико-технических параметров составляющих микросхемы. После завершения конструкторско-технологического проектирования производится еще один электрический анализ для уточнения характеристик схемы.
