ГЛАВА 8 ИНТЕГРАЛЬНЫЕ СХЕМЫ 3 страница

Фильтр — микроэлектронное устройство, предназначенное дл_я разделения электрических колебаний различных частот. По виду частотной характеристики фильтры делятся на фильтры верхних частот, пропускающие колебания с частотами выше заданной. Фильтры нижних частот пропускают колебания не выше заданной граничной частоты. Полосовые фильтры пропускают колебания в заданном интервале частот. Режекторные, или заграждающие, фильтры задерживают колебания в заданной полосе частот. В ра­диотехнике достаточно хорошо разработаны методы расчета фильт­ров и их синтеза. Микроэлектронная технология позволяет создать фильтры в виде ИС.

Модулятор — микроэлектронное устройство, осуществляющее управление заданным параметром колебательного процесса в соот­ветствии с сигналами передаваемого сообщения. Воздействие мо­дулирующих сигналов на параметры модулируемых колебаний осу­ществляется с помощью нелинейного управляющего элемента. Раз­личают амплитудные, частотные, фазовые, импульсные и другие типы модуляторов.

Преобразователь — микроэлектронное устройство, предназна­ченное для преобразования электрических сигналов. Особое место в этом классе приборов занимает аналого-цифровые преобразова­тели (АЦП) и цифроаналоговые преобразователи (ЦАП). Эти уст­ройства позволяют стыковать приборы, обрабатывающие информа­цию в аналоговой и цифровой формах. ЦАП и АЦП являются сугу­бо микроэлектронными устройствами, реализованными в виде ИС.

Операционный усилитель (ОУ) представляет собой микроэлек­тронное устройство, предназначенное для усиления как постоян­ного тока, так и электрических колебаний. Операционный усили­тель обязательно имеет внешние цепи, предназначенные для вы­полнения некоторых линейных и нелинейных операций. В некото­ром смысле операционный усилитель является элементной базой для аналоговых преобразователей.

В основе схемы операционного усилителя лежит дифференци­альный усилительный каскад (рис. 8.16). Два идентичных транзи­стора Т[ и Т₂ и диффузионные резисторы и Л₂ формируют два транзисторных усилителя, включенных симметрично. В дифферен­циальном усилителе два входа и два выхода. При передаче на входы дифференциального усилителя одинаковых (синфазных) сигналов напряжение на входах практически не меняется. Разность напря­жений, формируемых на входах (базах транзисторов 7\ и Г₂), назы- 208

Дифференциальный усилитель мощности можно реализовать и на полевых транзисторах, которые по сравнению МДП-транзисто- рами обладают большей стабильностью характеристик и малым уровнем собственных шумов. Схема на полевых транзисторах ана­логична схеме на дифференциальном усилителе на биполярных транзисторах: подобная симметрия плеч, сохранение чувствитель­ности усилителя к синфазному входному сигналу. Дифференциаль­ный усилитель на полевых транзисторах имеет высокое входное со­противление. Это позволяет во входных цепях всегда обеспечивать режим холостого хода, в котором разность потенциалов затворов полевых транзисторов совпадает с разностью напряжений источни­ков входных сигналов.

Операционный усилитель имеет в основе дифференциальный усилитель и поэтому способен реагировать только на дифференци­альный сигнал. Дифференциальный усилитель является базовой структурной единицей операционного усилителя, может быть реа­лизован на биполярных, полевых транзисторах, а также на их соче-

_______________________ . _ _ о __ _ и и____________

тании при условии полной технологической и схемной совмести­мости.

Операционный усилитель будет реализовать заданную для него конкретной схемой включения функцию тем точнее, чем ближе его параметры будут приближаться к параметрам идеального операци­онного усилителя.

Реально идеальных ОУ не существует, например, создать усили­тель с бесконечной полосой пропускания даже при конечном ко­эффициенте усиления невозможно. Весьма распространены так на­зываемые ОУ общего назначения.

Конструкция интегральных ОУ почти всегда соответствует структурной схеме на рис. 8.17, а с небольшими отклонениями, на­пример, может быть три каскада усиления напряжения, может не быть схемы защиты выхода от коротких замыканий. Входные выво­ды усилителя обозначены знаками плюс и минус. Знак плюс озна­чает, что выходное напряжение совпадает по фазе с напряжением, поданным на данный вход, этот вход называют неинвертирующим. Знак минус говорит о том, что выходное напряжение ОУ противо­положно по знаку напряжению, поданному на этот вход. Питание необходимо производить от равных разнополярных источников пи­тания, что позволяет получить симметричное относительно нулево­го уровня выходное напряжение.

На рис. 8.17, б, в, г приведены условные обозначения операци­онных усилителей.

Коэффициент усиления операционного усилителя К лежит в пределах 10⁴...10⁹, входное сопротивления достигает 100 МОм, а выходное сопротивление составляет 10² Ом. Операционный усили­тель имеет малый уровень собственных шумов, сильное подавление синфазной составляющей (около 60 дБ), широкую полосу пропус­кания 0...10 МГц. Операционный усилитель является микроэлек­тронным устройством универсального применения. Операционные усилители конструктивно выполняют в виде интегральных схем средней степени интеграции.

Помимо выполнения с помощью ОУ традиционных математи­ческих операций, таких как суммирование, вычитание, интегриро­вание и дифференцирование, на ОУ реализуют всевозможные уси­лители постоянного тока, усилители переменного напряжения и тока, логарифмические усилители, видеоусилители, усилители-ог- раничители, повторители напряжений, активные фильтры, модуля­торы и демодуляторы, аналоговые умножители и делители, функ­циональные преобразователи, компараторы, генераторы гармони­ческих колебаний, генераторы колебаний прямоугольной и тре­угольной форм, ждущие мультивибраторы, формирователи напря­жений, схемы задержек, цифроаналоговые и аналого-цифровые преобразователи.

Вычитателъ используют для вычитания сигналов, и его схема формируется на базе инвертирующего и неинвертирующего усили­телей. В стационарном режиме Щ = 1/_п, а £/_вых = 0₂ - и_х. Меняя значения резисторов в цепях, можно производить аналоговое вы­читание с весомыми коэффициентами.

Компаратор предназначен для сравнения входных напряжений с опорным. В зависимости от входных напряжений на выходе мож­но получить напряжение, соответствующее логическому нулю или логической единице. На инвертирующий вход усилителя подают два сигнала на параллельные идентичные цепи. К неинвертирую­щему входу подключается резистор для уменьшения значения ошибки за счет входных токов ОУ.

Компаратор работает так, что

при 1/\ + и₂ < 0, и_ъых > 0, что соответствует 1;

при 1/1 + и₂ > О, £4ых < 0, что соответствует 0.

Примером нелинейного включения ОУ служит логарифмиче­ский усилитель.

Логарифмический усилитель выполняет лога­рифмирование входных и выходных сигналов. В процессе логариф­мирования используют нелинейные свойства вольт-амперной ха­рактеристики р-я-перехода. Ток через /?-л-переход определяется за­висимостью

Рис. 8.20. Схема логарифмическою усилителя (а) и вычислителя антилогарифмов (б)

Окончательный вил выражения хля выходного напряжения сле­дующий: 1§бвых = аЪ^ты + а, где а = 1/(2,3/жрт); Ь = \gikR).

Логарифмический умножитель представляет собой устройство умножения двух или более аналоговых величин, используя сложения логарифмов этих сигналов. Логарифмический умножитель является аналогом логарифмической ячейки (рис. 8.21).

Два аналоговых сигнала вводят в параллельные логарифмиче­ские усилители, на входе которых имеются значения \&х и \%у. Про­логарифмированные сигналы подаются на сумматор, на выходе ко­торого получаем логарифм произведения этих сигналов \%{ху).

Сумматор представляет собой рассмотренную схему неинверти­рующего сумматора, позволяющего получить на выход значение

+ 1|*у = \gixy). Далее этот сигнал поступает на усилитель, вычис­ляющий антилогарифмы. Выражение 1&(ху) потенииируется и на выходе получаем 1 — ху — произведение двух аналоговых сигналов, поступивших на вход логарифмического умножителя.

Цифроаналоговый преобразователь (ЦАП) — это микроэлектронное устройство для автоматического преобразо­вания числовых кодов в эквивалентные им значения определенной физической величины. Коды обычно представляют в двоичной, де­сятичной и какой-либо другой системе исчисления. Выходные фи­зические величины представляются в виде временных интервалов, угловых перемещений, напряжений или токов и т.п.

Существуют разнообразные конструкции ЦАП. На рис. 8.22 представлена схема ЦАП на основе делителя типа Я — 2Я и опера­ционного усилителя. Ключи А, В, С и В подключают в нужном по­рядке резисторы 2Я к источнику эталонного напряжения, когда со­ответствующий разряд двоичного числа равен единице. Если раз­ряд числа равен нулю, то ключ замыкается на землю. На рис. 8.22 положение ключей соответствует числу 1101. На инвертирующем входе ОУ создают напряжение, соответствующее делению эталон­ного напряжения. Операционный усилитель работает по схеме не- инветирующего сумматора.

Аналого-цифровой преобразователь (АЦП) — микроэлектронные устройство, осуществляющее автоматическое преобразование непрерывно меняющегося аналогового сигнала в цифровой код. Процесс аналого-цифрового преобразования вклю­чает этапы дискретизации (квантования) непрерывного сигнала по времени, уровню или по обоим параметрам одновременно. Кванто­вый сигнал в дальнейшем кодируется. Часто в качестве исходной величины используют такие основные сигналы, как напряжение или ток, частота или фаза электрических колебаний. Процессы квантования и кодирования в микроэлектронных АЦП производят

с помощью аналоговых устройств в микроэлектронном исполне­нии. На рис. 8.23 приведена схема АЦП параллельного кодирова­ния, позволяющая преобразовывать аналоговое напряжение в «-разрядное двоичное число. Эталонное напряжение Е_эт с помо­щью резисторного делителя делится на 2” градаций и подается на инвертирующие входы операционных усилителей. Для 2” градаций должно быть 2^й — 1 операционных усилителей. Неинвертирующие входы ОУ соединены, на них подают входное аналоговое напряже­ние, равное максимально возможному.

На инвертирующем входе верхнего усилителя напряжения соот-

2^п -1

ветственно будет Е_эт —— и т.д. Операционные усилители включе-

ны по схеме компараторов и позволяют сравнивать аналоговое на­пряжение с частью эталонного напряжения. Если аналоговое на­пряжение превышает напряжение на инвертирующем входе ОУ, то на выходе появляется положительное напряжение. Положительный сигнал интерпретируется как логическая единица. В противном случае на выходе ОУ появится отрицательное напряжение, интер­претируемое как логический нуль.

8.5. Базовые матричные кристаллы и программируемые логические интегральные схемы

Базовые матричные кристаллы (БМК) представляют собой боль­шие интегральные схемы, программируемые в процессе технологии с помощью формирования последнего слоя металлизации.

Развитие технологии и схемотехники СБИС сопряжено как с ростом степени интеграции и объемов производства, так и с повы­шением стоимости разработок, а также стоимости обработки одно­го бита информации. Создавали строго специализированные БИС, нацеленные на выполнение определенных функций. В настоящее время широко применяют другой подход, основанный на достоин­ствах программного и аппаратного подходов. Программа заклады­вается в архитектуру и алгоритмы обработки, а аппаратная состав­ляющая — в параметры и архитектуру БИС. Такие БИС называют базовые матричные кристаллы. Они позволили решить ряд про­блем, характерных для развития микроэлектроники. Например, увеличение сложности микросхемы делает ее более специализиро­ванной. БМК же позволяют использовать архитектуру БИС под конкретную задачу. При производстве БМК реализуется идея, вы­сказанная еще в 1980-х гг. Гордоном Муром из фирмы «Ше1» и за­ключающаяся в создании «кремниевых мастерских», в соответст­вии с которой проектирование осуществляет потребитель, а изго­товление БИС в кремниевой мастерской.

Такой подход позволяет снизить стоимость производства, соз­дать многофункциональные схемы их типовых ячеек, решить про­блему оптимизации числа внешних выводов схемы, использовать ранее разработанные и многократно используемые конструктивные схемотехнические решения.

Базовые матричные кристаллы состоят из нескольких основных элементов, расположенных на кристалле в зависимости от его кон­структивно-технологического исполнения (рис. 8.24). БМК выпол­няется по принципу «море вентилей» и содержит порядка 10⁵, на­пример, четырехтранзисторных некоммутированных ячеек, предна­значенных для построения функциональных узлов ИС. По перифе­рии кристалла на фиксированных местах расположены 232 кон­тактные площадки для подключения элементов ввода/вывода и пи­тания.

Матрица базовых ячеек занимает большую часть площади кри­сталла и состоит из отдельных ячеек, выполняющих определенные функции. Различают конструктивно однородную матрицу, состоя­щую из функционально однородных или неоднородных ячеек. Не­однородная матрица имеет ячейки, либо фиксированные по опре­деленной координате, либо имеющие неодинаковые размеры. Ба­зовые ячейки представляют собой определенные конструктив­но-технологические варианты логических ячеек, ячеек памяти и т.п. Базовые ячейки группируются в макроячейки в виде группы из четырех симметрично расположенных ячеек либо в линейку ячеек. 218

2.1?

Выбор конфигурации оптимален в том случае, если все выводы со­средотачиваются на границах.

Большинство выводов ячеек имеет эквипотенциальные пары на противоположных сторонах ячейки, что существенно облегчает по­следующую трассировку. В матрице могут быть размещены специ­альные буферные ячейки, микроячейки, реализующие типовые функциональные узлы, например запоминающие устройства, реги­стры, аналоговые блоки и т.п.

Многослойную систему металлических проводников, соеди­няющую базовые ячейки в соответствующие функциональные структуры и подключающую их к шинам электрического питания, называют трассой, которая располагается на нескольких уровнях. Вертикальные трассы располагаются в первом слое металлизации, горизонтальные — во втором. В ряде разработок трассировка мо­жет быть и в большем числе слоев.

Трассы межсоединений могут различаться емкостью каналов, а также конструктивным исполнением. Помимо алюминиевых тон­копленочных шин используют поликремниевые шины. В конст­рукциях БМК на МОП-транзисторах с молибденовыми затворами используют молибденовые шины. Наиболее низкоомные электри­ческие соединения формируют в наружном слое.

Электрические контакты между шинами различных технологи­ческих слоев создают в местах пересечения вертикальных и гори­зонтальных отрезков трасс. Подключение источника питания к ячейкам матрицы может быть как индивидуальным, так и группо­вым. Вспомогательные схемы (схемы обрамления) и контактные площадки, расположенные по периферии кристалла, представляют

собой схемы контроля и диагностики, источники опорного напря­жения, трансляторы уровней и т.п. Все схемы связаны с контакт­ными площадками и через них осуществляется ввод-вывод инфор­мации.

Элементной базой БМК являются различные логические схе­мы, ячейки памяти, расположенные в одном или двух ярусах. Су­ществует большое число конструктивно-технологических решений схем базовых ячеек (рис. 8.25).

Развитие технологии изготовления микросхем стимулировало работы по объединению в одном кристалле биполярных и МОП-транзисторных структур. Это направление получило назва­ние БиМОЛ-технологии, а при использовании комплементарных транзисторов — БиКМОП-технологии.

Главным достоинством этих приборов микроэлектроники явля­ется соединение воедино преимуществ МОП- и биполярных тран­зисторных структур. Действительно, высокая плотность интегра­ции, низкая рассеиваемая мощность, высокая помехоустойчивость, характерные для МОП-структур, сочетаются с хорошей выходной нагрузочной способностью и высоким быстродействием биполяр­ных структур. Концепция построения базовой ячейки вентиля на БиКМОП-структурах основана на дополнении к стандартному КМОП-вентилю усилителя формирователя тока на биполярных

транзисторах. Аналогично можно сформировать БиКМОП-инвер- тор. На основе таких элементов формируют схемы вентилей, при­меняемых в матричных кристаллах. В БиКМОП снижение тока стока МОП-транзисторов может быть компенсировано улучшени­ем коэффициента усиления биполярных транзисторов, т.е. основой для всех базовых ячеек являются вентили различных конструкций.

Достоинства вентильных матриц: конкретная схема может быть реализована с использованием небольшого числа технологических операций, регулярность структуры позволяет потребителю быстро разработать свою конкретную подсистему с высокой вероятностью функционирования (95 %). Таким образом, вентильные матрицы представляют собой некоторые полуфабрикаты изделий микро­электроники, на которые нужно нанести разводку в соответствии с требованиями заказчика.

Программируемые логические матрицы представляют собой го­товые изделия, конструктивно содержащие две вентильные матри­цы, например, матрицу элементов типа И, матрицу элементов типа ИЛИ, все узловые точки которых соединены диодами. В ходе про­граммирования по заданию заказчика каждое такое соединение либо размыкается, либо остается без изменения. Итогом коммута­ции является нужная логическая структура типа И/ИЛИ. Это по­зволяет получить заданную комбинаторную булеву логику.

Специализированные БИС придают изделиям уникальные свойства, решают конкретные целевые функции.

Полузаказная интегральная схема — класс ИС, имеющих посто­янную (заранее спроектированную схему) и переменную (опреде­ляется требованиями заказчика) части.

Заказная интегральная схема — класс ИС, содержащих стан­дартные или специально созданные элементы или узлы по заранее заданной функциональной схеме.

Проектирование схем на стандартных элементах заключается в подборе оптимизированных функциональных блоков или стандарт­ных ячеек, их размещении и коммутации. Стандартные элементы выбирают из заранее спроектированной библиотеки элементов. Процесс изготовления схем на стандартных элементах идентичен процессу изготовления схем, проектируемых вручную. Стандартные ячейки выполняют в виде аналогов соответствующих устройств ма­лой и средней степени интеграции. Это могут быть арифметиче- ско-логические устройства, регистры и т.п., называемые иногда мак­роэлементами. В качестве макроэлементов можно интегрировать стандартные БИС. В этом случае на одном кристалле можно размес­

тить систему на основе микропроцессора. Такой метод называют ме­тодом процессорного ядра, или методом суперинтеграции.

Микросхемы, относящиеся к заказным, могут разрабатываться также по ячеечному принципу, которые представляют собой свое­образный гибрид из стандартных ячеек. Они конструируются одно­временно с разработкой микросхемы. Этот тип БМК занимает про­межуточное положение между полностью заказными схемами и схемами на стандартных ячейках. Иногда отождествляется проек­тирование микросхем на стандартных ячейках и ячеечное проекти­рование, а соответствующие микросхемы называют ячеечными.

К недостаткам матричных кристаллов следует отнести значи­тельные сроки и затраты на проектирование специализированных ИС на основе БМК. Эта негативная особенность послужила пред­посылкой для появления нового класса специализированных полу- заказных микросхем (СПИС) — программируемых логических ИС (ПЛИС).

Программируемые логические интегральные схемы — ПЛИС (Programmable Logic Devices — PLD) представляют собой сверхболь­шие интегральные схемы, содержащие от нескольких десятков до нескольких сотен ИС, которые могут быть соединены пользовате­лем произвольным образом. Программированная логика обладает возможностью внутрисистемной репрограммируемости, что в соче­тании с высоким быстродействием и уровнем интеграции, а также с малой потребляемой мощностью и низкой стоимостью, что спо­собствует широкому применению. Другими словами, ПЛИС — это интегральные микросхемы, содержащие программируемую матри­цу элементов логического И (конъюнкторов), программируемую или фиксируемую матрицу элементов логического ИЛИ (дизъюнк- торов) и так называемые макроячейки (macrocells). Макроячейки, как правило, включают в себя триггер, тристабильный буфер и вентиль исключающее ИЛИ, управляющий уровнем активности сигнала. Размерность матриц и конфигурация макроячеек опреде­ляют степень интеграции и логическую мощность ПЛИС.

Программируемые логические интегральные схемы родились в жесткой конкурентной борьбе, когда в микроэлектронике сущест­вовали две противоречивые тенденции. С одной стороны, необхо­димо сократить жизненный цикл изделия микроэлектроники, что­бы удовлетворить быстро меняющиеся требования заказчика. С другой стороны, необходимо постоянно повышать требования к сложности, быстродействию, потребляемой мощности, надежности и стоимости изделий микроэлектроники. Требуется сокращение цикла проектирования с тем, чтобы на рынке появились новые из- 222

Zif

лелия, соответствующие требованиям времени и прогресса. Эти фак­торы способствуют формированию завершенной автоматной структу­ры. ориентированной на реализацию как комбинационных (дешиф­раторов, мультиплексоров, сумматоров), так и последовательностных схем (управляющих автоматов, контроллеров, счетчиков).

Возможности, заложенные в ПЛИС, позволяют превратить ее в ИС с любой функцией цифровой логики. Проектирование сводит­ся к выявлению программируемых элементов (перемычек или за­поминающих ячеек), после удаления которых в структуре схемы остаются только те связи, которые необходимы для выполнения требуемых функций.

Наибольшее распространение получили МОП ПЛИС, имею­щие более 100 тысяч вентилей, а также встроенную память и ядро *системы-на-чипе»: процессор, контроллер, сигнальный процес­сор. Эти схемы можно быстро переконфигурировать. Логическая емкость определяется числом эквивалентных вентилей типа 2И - НЕ.

Функциональная схема вычислительных структур и систем тре­бует использования сложных СБИС, проектирование которых не всегда экономически оправдано. Зачастую «приспосабливают» го­товую схему в нужную СБИС. Это сопряжено с риском неточной адаптации схемы. Когда речь идет о цифровых схемах, то такая проблема может быть решена с помощью программируемых поль­зователем логических интегральных схем. Технология изготовления ПЛИС позволяет обеспечить высокую степень интеграции С10⁵... 10⁶ элементов/кристалл), высокое быстродействие (10⁸ оп./с) возможность реализации в одном корпусе комбинационных И/ИЛИ последовательных схем.

ПЛИС характеризуются высоким быстродействием (единицы наносекунд), многократностью перепрограммирования и низкой потребляемой мощностью.

Программируемость ПЛИС обеспечивают наличием в них мно­жества элементов программирования (ЭП), выполняющих функ­ции ключей. В состав ЭП входят управляемые двухполюсники, проводимость которых может быть задана пользователем либо очень малой (замкнуто), либо достаточно большой (разомкнуто). Состояния элементов программирования задают конфигурацию (схему) цифрового устройства, формируемого на кристалле.

В ПЛИС применяют следующие типы элементов программиро­вания PROM; EPROM; FLASH; SRAM. Быстрый процесс оператив­ного программирования можно производить неограниченное число раз.

Репрограммирование ПЛИС с памятью копфшурш/ии SRAM производится в рабочем режиме, путем записи кодовой последова­тельности в цепочку триггеров ОЗУ-конфшурапии. (лившие ин­формации как специфический процесс воздействия на «лноминаю- щие элементы требует относительно длительных операций и по­этому устранено. Несмотря на повышенную сложность упоминаю­щего элемента, ПЛИС с памятью конфигурации SRAM занимают важнейшее место в устройствах с высокой логической емкостью.

По способам коммутации элементов логических матриц разли­чают несколько классов ПЛИС.

Программируемые логические матрицы (FPLA. Field Programmable Array) состоят из базовых ячеек типа И и ИЛИ. Такая архитектура недостаточно полно использует программируемую матрицу ИЛИ.

Программируемая матричная логика (PAL, Programmable Array Logic) содержит программируемую матрицу И и фиксированную матрицу ИЛИ. К этому типу относится большинство ПЛИС не­большой степени интеграции.

Программируемые коммутируемые матрицы (CPLD, Complex Programmable Logic Divieces) содержат матричные логические блоки, объединенные коммутационной матрицей. Это ИС высокой степе­ни интеграции с программируемой матрицей И и фиксированной матрицей ИЛИ.

Программируемые матрицы логических элементов (FPGA, Field Programmable Gâte Array) состоят из логических блоков (Л Б) и ком­мутирующих соединений блока ввода/вывода информации.

Конфигурируемый логический блок КЛБ (CLB, Configured Logic Block) представляет собой комбинацию таких элементов, как ОЗУ, регистры, функциональные генераторы (рис. 8.26).

Для программирования логического устройства используют СОЗУ, ОЗУ базового блока, размещенные вблизи логических яче­ек, осуществляющие конфигурацию системы и функции управле­ния. ПЛИС имеют свою архитектуру, основными элементами ко­торой являются конфигурируемый логический блок, блоки ОЗУ, блоки ввода-вывода информации и т.д.

Стремительное развитие архитектурных решений ПЛИС вызва­ло к жизни новые их разновидности, связанные с расширением их функциональных возможностей. В ПЛИС встраивают специализи­рованные блоки программируемых логических ядер. Они представ­ляют собой программируемые устройства, содержащие ячейки спе­циализированных ИС и блоки программируемой логики. Такое ядро называют soft-ядром. Это виртуальный компонент, не имею­щий строгих геометрических границ. Для выполнения soft-ядром

^ооооопопоппоооааоаоааооо/

Система автоподстройки на задержание

Рис. 8.26. Вариант базового блока ПЛИС типа /УС4

логических функций не существует физических атрибутов. Встро­енное программируемое аппаратное ядро (кагё-ядро) позволяет реализовать различные функции по требованию заказчика. Нагё-ядро является виртуальным компонентом с заданными пара­метрами, которые описаны на физическом уровне. По уровню ха­рактеристик 5о/?-ядро уступает аппаратным Ад«/-ядрам.

Развитие ПЛИС позволяет сократить цикл проектирования со­временных цифровых систем, сохранить гибкость конструкции и использовать новейшие технологические решения. Эти вопросы решаются благодаря способности ПЛИС вносить изменения в кон­струкцию системы на любом этапе процесса проектирования. При этом ПЛИС отвечает сочетанию таких характеристик, как быстро­действие, минимальная потребляемая мощность, уровень интегра­ции и стоимость.

8.6. Интегральные схемы СВЧ-диапазона

Твердотельная СВЧ-электроника начала интенсивно развивать­ся с появлением кремниевых, а затем и арсенид-галлиевых СВЧ-транзисторов. Большая номенклатура, многофункциональ­ность, сложность реализации технических характеристик при не­большой потребности в основном для военной техники стимулиро­вали развитие твердотельной СВЧ-электроники по пути гибридной технологии интегральных схем (ГИС). В рамках этой технологии

15 ²²⁵

отдельные активные и пассивные компоненты — транзисторы конденсаторы, линии задержки, ключи и другие элементы и ком­поненты объединяют в ГИС. Гибридная технология на первых эта­пах развития твердотельной СВЧ-электроники за счет несложных технологических приемов — разварки, пайки, склеивания — при резком увеличении функциональных возможностей СВЧ-аппарату- ры обеспечила высокие технические характеристики, приемлемую надежность, резкое снижение массы и габаритных размеров и низ­кую цену аппаратуры за счет использования компонентов высокого качества.

Техника СВЧ широко используется в научных исследованиях, радиосвязи, системах обработки информации, особенно специаль­ного применения, а также в быту. Широкое использование СВЧ-устройств связано прежде всего с возможностью концентра­ции высокочастотного излучения в узкий луч. В перспективе это позволит создавать экономичные системы связи, радиолокацион­ные станции обнаружения и сопровождения цели. Большая инфор­мативная емкость СВЧ-диапазона позволяет уплотнить число кана­лов связи, организовать многоканальную передачу телевизионных каналов.

В последнее время существенно повысился интерес к твердо­тельной электронике СВЧ вообще и к монолитным ИМС СВЧ-диапазона в частности. Этот интерес вызван потребностью в развитии электронного оборудования спутникового вещания и свя­зи, бортовой электроники самолетов и ракет (как гражданского, так и специального применения), радиолинейных линий, оборудо­вания связи, подвижных объектов и т. д. Одним из серьезных сти­мулов для развития монолитной микроволновой микроэлектрони­ки является повышенный интерес к развитию техники фазирован­ных антенных решеток (ФАР), для создания которых необходимо большое количество (тысячи и десятки тысяч) однотипных деше­вых приемопередающих модулей.