Цифровые автоматы с настройкой на схемы связей элементов

Общая структурная схема устройств такого типа приведена на рис.1.8,а. Управляемая схемой связей содержит набор соединительных линий и управляемые элементы связи ЭС₁¸ЭС_k, которые обеспечивают различные схемы соединений этих линий. Настройка схемы связей заключается в установке определенных элементов связи в проводящее состояние, а остальных - в непроводящее состояние.

Разработано около двадцати различных технологий настройки схемы связей. К основным из них относятся: установка металлических и полупроводниковых перемычек, диодов или транзисторов на заключительных стадиях изготовления ИС; установка плавных перемычек, пережигаемых пользователем после изготовления ИС;

Рис.1.8

введение специальных транзисторов с электрической установкой в проводящее состояние и восстановлением исходного непроводящего состояния с помощью электрических сигналов или ультрафиолетового излучения; использование электронных ключей, управляемых сигналами со специальных входов.

Энергозависимые элементы связи могут сохранять свое состояние после отключения питания, а энергозависимые требуют постоянной подачи управляющих сигналов. Электрически программируемые элементы связи сохраняют установленное состояние в течение 10³-10⁴ часов, а число циклов программирования может достигать 10⁴. Для хранения значений управляющих сигналов в схему связей могут быть введены элементы памяти ЭП₁¸ЭП_к.

Пример ЦА с элементами связи, управляемыми специальными сигналами v₁, v₂, показан на рис.1.8,б. При подаче на ЭС₁ (ЭС₂) управляющего сигнала v₁=1, (v₂=1) элемент устанавливается в проводящее состояние, а при v₁=0, (v₂=0) находится в непроводящем состоянии. Тогда:

ЦА такого типа называются многофункциональными элементами (МФЭ) или многофункциональными модулями (МФМ). Группа входов V={v₁,v₂} называется входом кода операции (КОП). МФЭ может содержать сотни и тысячи функциональных элементов, а число входов кода операции ограничено числом управляющих входов порядка 15¸20.

Многофункциональные ИС могут выполнять сотни различных операций, и их использование позволяет значительно сократить номенклатуру выпускаемых микросхем.

Одной из схем, получивших широкое распространение, является матричная управляемая схема (рис.1.8,в). Такая схема на ИС легко реализуется в виде системы горизонтальных и вертикальных линий с элементами связи в каждой точке пересечения. Число таких линий на кристалле БИС и СБИС может достигать нескольких сотен. Состояние элементов связи определяется матрицей настройки

.

При с_i^J=1, элемент ЭС_i^j находится в проводящем состоянии. На рис.1.8,в элементы связи ЭС₁¹, ЭС₁⁴, ЭС₂⁵, ЭС₃², ЭС₃⁶, ЭС₄³ находятся в проводящем состоянии, что показано точкой на пересечении линий. Остальные элементы находятся в непроводящем состоянии. Матрица настройки

соответствует реализации

Z₆=2X₁-X₂.

Установка состояний ЭС₁¹¸ЭС₄⁶ в соответствии с другой матрицей настройки ||c_ij|| приводит к изменению функций ЦА. ЦА и ИС с такой структурой называются матичными и находят широкое применение. Они могут выпускаться серийно, что обуславливает их низкую стоимость. Снижаются затраты на проектирование и изготовление ЦА. Но сложность реализуемых функций ограничивается числом элементов ЦА.

Кроме ИС с регулярной матричной схемой связей находят применение так называемые базовые матричные кристаллы (БМК), в которых схема соединений между элементами наносит на заключительной стадии изготовления ИС. Проектирование их сводится к разработке только одного фотошаблона, что позволяет получить специализированную схему при малой стоимости.

Недостатком ЦА рассматриваемого типа является большая избыточность. Значительная часть элементов при реализации функций не используется, а это сказывается на надежности и увеличении потребляемой мощности.