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Diseño de un circuito LSI (2ª parte)
COMPONENTES COSTES DE COMPO- COSTE A UTILIZAR NENTES y CONJUNTOS(*) COMPARATIVO 1. SISTEMAS CON COMPONENTES DISCRETOS 20.0008 30.000 $ 6.000 8 9.0002. CIRCUITOS INTEGRADOS (lNTEGRACION EN PEQUEII1A ESCALA, MENOS OE 10 PUERTAS O 350 8 500 $ 600 8 900 10:1 BITS DE MEMORIA POR CIRCUITO) 3. INTEGRACION EN MEDIA ESCALA (SUMADO- RES, CONTADORES, ETC., 100 PUERTAS O 1258150 $ 250 8 450 20:1 BITS DE MEMORIA POR. CIRCUITO) 4. INTEGRACION EN GRAN ESCALA (MP y CUS- TOM LSI MAS DE 100 PUERTAS O BITS DE 7810 $ 100 8 200 50:1 MEMORIA POR CIRCUITO) cuatro) supera el año (15 6 16 meses) hasta obtener muestras funcionando correctamente. Design, y se pueden obtener muestras funcionando de 6 a 9 meses a partir de las especificaciones correctas. Biblioteca standard: Cuando se dispone de Bibliotecas de células ya probadas (simulaci6n + transitorios + reglas de diseño) se puede partir de dicha biblioteca e implementar el circuito integrado con sus elementos, ahorrándose así un tiempo importante, ya que s610 tenemos que realizar la in. terconexi6n y ejecutar sobre ella los pro. gramas necesarios de verificaci6n. Este procedimiento se llama Semi Custom ULA: Finalmente existe la facilidad proporcionada por las U.L.A.s (Uncommitted Logic Arrays) donde partimos de obleas ya procesadas a falta de las dos últimas máscaras (metalizaci6n y pasivaci6n); estas obleas contienen un circuito patrón con los bloques 16gicos típicos (puertas . y biestables) yaposicionados y la tarea consiste en interconectar dichos bloques PRECIOS ORIENTATIVOS DE CIRCUITO LSI EN FUNCION DE CANTIOAD PARA LAS TRES TECNICAS DE DISEII10 (AREA 220 MILS X 220 MILS) 36 (*) Excluyendo cajas, cableados, mecánica, etc. con el fin de realizar sobre la U LA el diseño 16gico del circuito. El hecho de disponer de las obleas ya almacenadas y tener que generar s610 una máscara de metalización (la de pasivación es inmediata) con su proceso correspondiente, acorta la obtenci6n del circuito drásticamente; así se pueden ob. tener muestras funcionando correctamente entre 2 y 4 meses después de la especificaci6n definitiva del circuito. SOPORTE SOFTWARE Un adecuado soporte Software se ha hecho imprescindible para el desarrollo de un LSI así como el disponer de un acceso rápido y flexible a un ordenador potente. Un resumen del software utilizado en la tarea de diseñar un circuito LSllibre de errores y al primer intento sería la de los siguientes: ProgramtJS tk Ordenador: DISEÑO DE UN CIRCUITO LSI (2~ parte) Os ofrecemos a continuación la segunda parte del artículo que escrito por nuestro compañero RAFAEL BURRIEL LLUNA, iniciamos en nuestro número 9, FABRICACION DE PROTOTIPOS Esta fase del Diseño para el Cliente incluye las etapas de: a - obtención de máscaras b - procesos c - pruebas y calificación final Las etapas a y b no es posible realizarlas actualmente en España y se subcontratan en el exterior. La obtención de máscaras puede rea. lizarse por un fabricante especializado en máscaras o por el mismo que procesa las obleas. Se obtienen a partir de la cinta magnética, que contiene la descripción poligonal del circuito, mediante Laser (Pattern Generator) que está sustitu. yendo ventajosamente al método de reducción de fotografía por Rubylith (lá- . minas coloreadas que se cortan y pelan). La etapa de proceso de las obleas la realizan empresas fabricantes de CJ. que admiten Diseño para Clientes (Custom Design). Estas casas suministran parámetros físicos y reglas de diseño necesarios para el Custom Design y realizan la se. cuencia de difusiones, oxidaciones, me. talizaciones, etc. necesarias según el pro. ceso empleado. Posteriormente suministran las obleas con estructuras de prueba (transistores, resistencias, diodos, etc.) distribuidas regularmente en la oblea. El fabricante acompaña la oblea con unas hojas que incluyen los resultados de los tests aplicados a dichas estructuras como testigo de que el proceso ha sido correcto y puede entregar: - obleas pasivadas (cubiertas con cristal para evitar su deterioro) - obleas sin pasivar - circuitos ya encapsulados con tapa desprendible. Con esta entrega al diseñador pasamos a la etapa de: Pruebas y calificación del CJ. Esta última fase requiere un laboratorio de prototipos con diversos grados de complejidad,según se pretenda manejar obleas o circuitos ya encapsulados. Si se reciben los C.I. encapsulados necesitaremos: - Equipo manipulador de circuitos i ntegrados/obleas, con buena óptica (hasta 300x ó 400x) y provistos de va. rias sondas de prueba para acceder en caso necesario a puntos interiores del C.I. a fin de comprobar el funciona. miento lógico. En el caso de manejar obleas, se necesitará el siguiente equipo suplementario: - Equipo para rayar obleas (con diamante o laser) - Equipo para cortar obleas (cracker o laser) - Dispositivo de fijación de circuito integrado en cápsula (tipo epoxy o similares) TIEMPO DE DESARROLLO (Orden de magnitud) ULA 3 - 6 meses STANDARD 6 - 9 meses con lay-out automático y sin él FULL CUSTOM 12 -15 meses - Equipo para conectar lós terminales del circuito integrado (pads) con los terminales de la cápsula mediante hilos metálicos soldados por ultrasonidos o termocompresión. (Test de resistencia mecánica a la tracción incluido). - Equipo para encapsular CJ. normalmente con atmósfera inerte de nitró" geno. - Equipo óptico para inspección (hasta 250x). y en ambos casos necesitaremos equipo electrónico tradicional como fuentes, voltímetros, amperímetros (para JLA y pA) osciloscopios, analizadores lógicos, generador programable de palabras, etc. El fruto de la etapa de pruebas debe contemplar: - Validación del diseño lógico/físico. - Verificación de un rendimiento adecuado (10-20 por ciento). - Calificación del método de test como seguro y completo. Una vez completada esta etapa puede comenzar la fabricación en serie y se da por finalizado el diseño para el cliente. PROCEDIMIENTOS ABREVIADDS DE DlSEII10 DE UN CIRCUITO LSI Diseño completo: El proceso anteriormente expuesto corresponde a un Diseño para el Cliente llamado completo (Full Custom Design). Este proceso equivale a todo el diagrama de flujo y su duración para una complejidad de unas 500 puertas lógicas equivalentes (un biestable equivale a COMPARACION ENTRE POSIBILIDADES DE DISEII10 EN LSI VENTAJAS DISEÑO LSI COMPLETO Area por C.I. mínima Coste mínimo por C.I. (grandes cantidades) BIBLIOTECA STANDARD Tamaño medio del C.I, Plazo moderado (6/9 meses) Precio adecuado series medias U.L.A. Plazo obtención mínimo 2/4 meses Simplificación máxima Costes de desarrollo mínimo Mínima experiencia neces. Ausencia de reciclaje bastante probable CONCLUSION Realmente el método de diseño para cliente de un circuito integrado que ha sido el origen del uso del LSI ha quedado como una opción dentro de las posi. bilidades de diseño en Gran Escala de Integración. Hoy día los microprocesa. dores, resultado de Diseños espeGializados para el cliente, y el uso de circuitos LSI standard, compiten con cualquiera de las variantes de Diseño para el Cliente tales como el diseño con Biblioteca Standard o con U LAs (Uncommitted Logic Arrays). Combinando flexibilidad, cantidad de circuitos, precio, costes de desarrollo, coste de software, plazo de entrega, pla. zo de desarrollo, etc., se pueden delimitar las zonas de influencia de cada uno de las posibilidades de las variantes en el uso de LSI. FUTURO: VLSI (Very Large Scale of Integration) El diseño para un cliente de un LSI aharca, hoy en día, desde los pocos miles de transistores por circuito en CN OS, hasta algo más de los 10.000 en NMOS con puerta de silicio. DESVENTAJAS Plazo largo de desarrollo 1/2 años Suele necesitar reciclaje Experiencia alta para su desarrollo Costes desarrollo altos No adecuado para grandes series 50K/100K Costes desarrollo medios Area del C.I. máxima Máximo precio por C.I, Sólo adecuado para series pequeñas (cientos) Sólo se utiliza un 70 por ciento del área disponi ble, Tamaño mayor del C.I. - Un diseño completo para una complejidad de unas 500 puertas lógicas puede superar el año. En 3 ó 4 años veremos aparecer del orden de "20.000 a 30.000 transistores por circuito. La complejidad de diseñar estos Circuitos va a requerir un gran esfuerzo en programas de ayuda para Simulación de bloques/sub-bloques y su interacción, trazado autolJlático y generaciones de tablas de Prueba adecuadas. Se prevé un cierto sacrificio del area del circuito en beneficio de la modularidad y estructuras de prueba incorporadas que hagan el tiempo de desarrollo razonable y el número de reciclajes mínimos. Estos V LSI representarán practicamente sistemas completos que en princi. pio podrian ser fabricados por las indus. trias de Semiconductores. . Nos comunica la C.T.N,E. que, contrariamente a lo que afirmábamos en la primera parte de este artículo, también ellos cuentan con el material humano y equipamiento necesario pata el diseño de circuitos L.S.I. en España.
30 oct 2015