Основные этапы проектирования изделий электронной техники

По степени однородности задач и методов их решения в процессе автоматизированного проектирования ИЭТ выделяют четыре основных этапа.

1. Системотехническое проектирование, при котором выбираются и формулируются цели проектирования, формируется структура будущего изделия, определяется его состав, основные технико-экономические характеристики.

2. Схемотехническое (функциональное) проектирование, в ходе которого выбирается функционально-логическая база, разрабатываются принципиальные логические схемы ИЭТ в целом и его составных частей, оптимизируются параметры ИЭТ

3. Техническое (конструкторское) проектирование, решает задачи синтеза конструкции изделия (ИЭТ, элемента, компонента, дискретного прибора, ИС, БИС, СБИС, УФЭ и т.д.), в целом определяет компоновку и размещение элементов, компонентов и т.д. в изделии, разрабатывает схему электрических соединений изделия в целом, т.е. на всех уровнях (дискретных приборов, микросхем, ячеек, микроблоков и т.д.). В ходе технического проектирования проводится анализ тепловых режимов ИЭТ и их электромагнитной совместимости, оформляется внешний вид изделия. Этап технического проектирования заканчивается созданием полного комплекта конструкторской документации на изделие (в виде таблиц, чертежей, сигналограмм на носителях данных (дискетах, дисках и т.д.)).

4. Проектирование технологических процессов предусматривает определение состава технологического оборудования для производства конкретного вида ИЭТ, поиск готовых унифицированных средств технологического оснащения или проектирование специального технологического оборудования, изготовление комплекта технологической документации.

Современные САПР дают возможность комплексно решать задачи всех этапов проектирования ИЭТ, начиная с анализа технического задания и кончая выпуском необходимой конструкторской и технологической документации (Корячко В.П., Курейчик В.М., Ножиков И.П. Технические основы САПР, М. 1987, Грувер М., Зиммерс Э., САПР и автоматизация производства. пер. с англ. М. 1987).

Радиоэлектронная аппаратура (РЭА), компонентами которой являются интегральные схемы (ИС), обычно называется микроэлектронной. Проектирование ИС является сложным и многосторонним процессом, тесно связанным с более общим процессом проектирования аппаратуры. Не вдаваясь в подробности проектирования РЭА и ИС, отметим характерные черты взаимосвязи этих двух процессов. Рассмотрим упрощённую схему проектирования микроэлектронной аппаратуры, приведенную на рис. 1.1 [1.1].

Весь процесс проектирования условно разбит на 10 укрупненных этапов: 1 — составление технического задания ТЗ на проектируемую аппаратуру и его согласование с заказчиком; 2 — синтез функциональной схемы аппаратуры; 3 — выбор физических методов реализации функциональных преобразований; 4 — выбор оптимальной сложности ИС и других компонентов аппаратуры; 5 — синтез электрических схем ИС и узлов РЭА, а также схем электрических соединений компонентов РЭА между собой; 6 — конструктивная разработка ИС и других типов узлов РЭА; 7 — технологическая разработка ИС и узлов РЭА; 8 — конструктивная разработка аппаратуры; 9 — технологическая разработка аппаратуры; 10 — разработка методики испытаний ИС и РЭА в целом. Условным значком над каждым этапом отмечен профиль специалистов, играющих ведущую роль в его разработке: Ф — группа спе­циалистов по кибернетическому и функциональному моделированию и синтезу аппаратуры; К-Т — группа конструкторов и технологов РЭА; М. Э. — группа специалистов по микроэлектронике. Значком 0 отмечены этапы, выполняемые совместно всеми тремя группами специалистов.

Взаимосвязь процессов проектирования РЭА и ИС наиболее наглядно видна на начальных этапах схем (рис. 1.1). Так, например, функциональная схема разрабатываемой микроэлектронной аппаратуры одновременно отражает и комплекс функциональных преобразований сигналов проектируемых ИС. В результате ряда последовательных операций эту схему часто делают предельно мелкомасштабной, т. е. синтезируют ее из так называемых элементарных функциональных компонентов (элементов), обозначаемых в тексте (ЭФК [1.2—1.4]. Под ЭФК будем понимать простейшие законченные функциональные преобразования сигнала, разделение которых на составные части, как правило, невозможно. В качестве примеров логических ЭФК можно привести известные преобразования типа И, ИЛИ, НЕ и т. п., а в качестве примеров аналоговых ЭФК. — преобразования типа «модуляция», «фильтрация», «ограничение», «генерирование» и т.п.

Требования к общему техническому заданию

В последующем на основании общей функциональной схемы микроэлектронной аппаратуры разрабатываются функциональные схемы ИС. Одновременно решается вопрос о том, какие ИС из общего комплекса можно выбрать в качестве типовых^*, а какие ИС частного применения^**. На ИС частного применения разрабатываются специальные технические задания. При этом учитываются особенности интегральных микросхем, требования технического задания и экономические факторы производства.

Рис. 1.1. Упрощённая схема проектирования микроэлектронной аппаратуры

Предварительно выбираются: а) физические принципы и типы электрических схем, реализующих комплекс ЭФК (аналоговые, дискретные, смешанные и т.п.); б) класс и принципы конструирования ИС и т. п.; в) основные исходные материалы (кремний, германий, арсенид галлия, сапфир, феррит, ситалл, стекло и т. п.); г) основные технологические методы и операции изготовления ИС (эпитаксия, диффузия, напыление в вакууме, электрохимическое осаждение, элионная обработка и т.п.). При составлении технического задания стремятся унифицировать конструкции и технологические процессы и ограничить перечень исходных материалов.

После разработки Т3 производится предварительный выбор оптимальной сложности ИС. Чем проще ИС, тем меньше процент технологического брака при ее изготовлении, а следовательно, и меньше ее стоимость. Однако при этом, как правило, возрастает общее число ИС в аппаратуре и, как следствие — общее число межсхемных соединений и контактов в ней, что в свою очередь приводит к снижению надежности изделия и увеличению трудоемкости сборочных работ. Решение об оптимальном количестве ЭФК схемных элементов или других компонентов, реализованных на подложке ИС, принимается на основе компромиссов [1.5—1.8]. При этом необходимо учитывать технологические ограничения и экономические факторы.

_____________

* Типовые ИС — стандартные интегральные схемы, изготовляемые массовыми партиями на специализированных заводах.

** ИС частного применения — нестандартные интегральные схемы узкого применения, проектируемые и изготовляемые специально для данного класса аппаратуры.

Более подробно вопросы проектирования микроэлектронной аппаратуры рассмотрены в [1.1, 1.9 — 1.12].

Процесс конструирования ИС начинается задолго до того как конструктор за кульманом приступает к разработке ее топологии. Важнейшие решения по синтезу конструкции ИС принимаются на этапах ее функционального и электрического моделирования.

В процессе конструирования ИС, помимо общего технического задания, которым руководствуются почти на всех этапах этого процесса, полезно выделять и формулировать частные технические задания (ЧТЗ), предназначенные для выполнения отдельных этапов. Частные Технические задания могут составляться на синтез и оптимизацию наиболее важных моделей ИС, главных технологических операций ее изготовления, основных испытаний ИС и т. п. Роль и значение таких заданий возрастают по мере усложнения ИС и процесса их проектирования и вовлечения в этот процесс все более широкого круга специалистов разного профиля^*. Наиболее важной частью технического задания является определение функциональной задачи ИС, вытекающей из назначения системы, называемой иногда кибернетической частью ТЗ. Правильному формированию этой части технического задания на конструирование ИС придается первостепенное значение. ЧТЗ должно удовлетворять следующим основным требованиям:

1) задание должно быть четким и лаконичным, чтобы конструктор мог, как говорится, «одним взглядом» охватить суть решаемой задачи;

2) задание должно быть построено по схеме, которая сама по себе непосредственно помогала бы проводить структурный синтез последующих моделей ИС;

3) форма составления задания должна быть относительно универсальной и в равной степени применимой к широкому классу проектируемых ИС.

В свете вышеизложенных требований кибернетическую часть ЧТЗ на ИС удобно формулировать в виде требований к схеме, отразив в них:

— число входов ИС, входные параметры и характеристики;

— число выходов ИС, выходные параметры и характеристики;

— алгоритм преобразования сигналов в ИС.

При этом под входными и выходными сигналами понимают как рабочие сигналы, так и возмущения паразитного характера.

В рамках алгоритма преобразования входных сигналов в выходные последовательно выделяются и формулируются автономные задачи в порядке их важности: а) основные задачи алгоритма; б) вспомогательные задачи алгоритма; в) дополнительные задачи алгоритма работы ИС. Основные задачи отражают сущность обработки полезных информационных сообщений, ради выполнения которой, собственно говоря, и проектируется ИС. Вспомогательные задачи обычно отражают те дополнительные преобразования сигналов, которые необходимы для повышения качества выполнения основных задач.
___________

* Сложность некоторых современных ИС оценивается в несколько тысяч схемных элементов (так называемые большие ИС и БИС).

Дополнительные задачи алгоритма выявляются в процессе проектирования ИС. По своему характеру это вспомогательные задачи, сформулированные в результате корректировки технического задания. Указанная корректировка может затрагивать не только алгоритм преобразования сигналов, но и входные и выходные параметры ИС

Задачи алгоритма преобразования сигналов отражают свод задаваемых правил и требований к функционированию ИС. Они могут формулироваться текстуально, с помощью системы логических и математических выражений, графически и смешанным образом.

Тема 1.3 Состав элементной базы СМЭ

Дата добавления: 2014-01-07