Методика расчета трассировочной способности и числа логических слоев

Под трассировочной способностью (или трассировочной емкостью) коммутационного элемента понимается количество трасс, необходимое для размещения всех логических связей и цепей в его конструкции на данном уровне компоновки устройства. Трассировочная способность является, как правило, характеристикой многослойных конструкций коммутационных элементов (напр., МПП). Применительно же к двусторонним конструкциям (напр., ДПП) данная характеристика отражает частный случай, когда число слоев для трассировки связей равно двум.

Расчет трассировочной способности и слойности коммутационных элементов на любом уровне компоновки устройства является одной из важнейших задач при проектировании современных СВТ. Результаты таких расчетов позволяют своевременно и обоснованно формулировать требования к технологии изготовления кристаллов БИС, подложек многокристальных модулей (МКМ) и подавляющего большинства конструкций МПП функциональных узлов и устройств СВТ.

Методика расчета трассировочной способности коммутационного элемента базируется на использовании специальной модели конструкции логической схемы, приведенной на рис. 6.1. Данная модель учитывает требования по обеспечению помехоустойчивости линий связи в конструкции и характеризуется рядом принципиальных положений, основными из которых являются следующие:

1. В конструкции коммутационного элемента используются отдельные логические слои, предназначенные для размещения (трассировки) связей схемы. На каждом логическом слое проводники (связи) трассируются в одном из двух основных направлений: либо X, либо Y;

2. Все связи схемы (S N_свi) подразделяются на два основных вида: внутренние связи N_свi (т.е. связи, не выходящие за пределы коммутационного элемента) и внешние связи N_свi = m_i. В соответствии с этим делением подразделяются и все трассы (S T_i) в конструкции: трассы для размещения внутренних связей T_i и трассы для размещения внешних связей T’_i;

3. Каждая внутренняя связь является “ортогональной”, т.е. принадлежащей одновременно слою X и слою Y, а каждая внешняя связь является “прямой”, т.е. принадлежащей либо слою X, либо слою Y. При этом в целях обеспечения оптимальности конструкции используется условие равенства суммарных длин трасс на слоях X и Y для внутренних связей, т.е.: S L _{тр xi} = S L _{тр yi}.

4. Для перехода внутренних связей со слоя X на слой Y используются в конструкции переходные отверстия;

Рис. 6.1. Расчетная модель конструкции коммутационного элемента устройства:
1 ‑ функциональное (монтажное) поле элементов логической схемы устройства; 2 ‑ зона размещения одного элемента ФП схемы (единичное монтажное поле – ЕМП); 3 ‑ ортогональная внутренняя связь; 4 ‑ прямая внешняя связь; 5 ‑ зона предполагаемого расположения внешних контактов.
‑ монтажное отверстие;
‑ переходное отверстие.

5. Трассы в коммутационном элементе характеризуются специальным коэффициентом Э_i, учитывающим их эффективность использования. Все трассы для внутренних связей (как направления X, так и направления Y) используются с одинаковой средней эффективностью (одинаковым коэффициентом заполнения) Э_i, т.е.: Э_xi = Э_yi = Э_i. Все трассы для внешних связей, независимо от направления X или Y, имеют одинаковую среднюю эффективность использования, характеризуемую коэффициентом заполнения Э’_i;

6. Размеры трассировочной зоны в коммутационном элементе (L_xi, L_yi) могут быть различными и в общем случае учитываются с помощью специального коэффициента длины К_li, определяемого отношением сторон, т.е.: К_li = L_yi /L_xi;

7. Конструкция коммутационного элемента может характеризоваться разными способами компоновки контактов (или соединителей) для подключения внешних связей, что учитывается значением специального коэффициента “ С_i ”. Внешние контакты в коммутационном элементе могут располагаться как на одной (C_i = 1) или двух (С_i = 1/2) его противоположных сторонах, так и на всех четырех его сторонах (С_i = 1/4), а также могут располагаться равномерно по всей площади коммутационного элемента (С_i = 0), образуя матричный характер их расположения.

В соответствии с данной методикой общее (суммарное) число трасс в коммутационном элементе (т.е. его общая трассировочная способность) S T_i может быть определено двумя путями: с одной стороны, как сумма трасс для внутренних и внешних связей, т.е.:

(6.12)

а, с другой, как общее число трасс на слоях X и Y, т.е.:

(6.13)

Кроме того, слои X и Y коммутационного элемента содержат трассы, как для внутренних, так и для внешних связей. Поэтому суммарное число трасс на слоях X и Y можно представить отдельными суммами, а именно:

(6.14) (6.15)

где:

Т_xi, T_yi – число трасс в коммутационном элементе направления X и Y, необходимое для размещения внутренних связей;

Т_xi, T_yi – число трасс в коммутационном элементе направления X и Y, необходимое для размещения внешних связей.

Главной задачей при расчете трассировочной способности коммутационного элемента является определение значений параметров Т_xi, T_yi, Т_xi, T_yi, зависящих от компоновочных параметров логической схемы, параметров конструкции (включая способы компоновки внешних контактов) и способов проектирования межсоединений. С учетом изложенных ранее основных положений методики значения числа трасс на слоях X и Y для внутренних и внешних связей определяются с помощью приведенных ниже формул:

(6.16)

(6.17)

(6.18) (6.19)

Таким образом, зная параметры логической схемы по числу внутренних и внешних связей, определенные заранее геометрические размеры и значения коэффициентов оптимизации процессов проектирования и эффективности использования трасс, можно с достаточно высокой достоверностью определить трассировочную способность коммутационного элемента, которой должна обладать его конструкция с любым предварительно заданным расположением внешних контактов на любом уровне компоновки устройства.

Вместе с тем, трассировочную способность коммутационного элемента целесообразно определять в расчете на его единичное монтажное поле (т.е. зону размещения одного монтажного элемента, ограниченную шагом его размещения по X и Y, см. рис. 6.1). В этом случае трассировочная способность единичного монтажного поля (ЕМП) определяется как:

(6.20) (6.21)

где

t_xi, t_yi – общее число трасс в ЕМП направления X и Y;

M_xi, M_yi – число элементов, расположенных на коммутационном основании по осям X и Y, составляющих матрицу: M_xi × M_yi = M_i.

Расчет трассировочной способности позволяет определить ряд других принципиально важных параметров конструкции коммутационного элемента. При известном числе трасс в ЕМП можно определить:

– либо необходимое число логических слоев в коммутационном основании при заданных условиях трассировки соединений;

– либо параметры условий трассировки соединений в коммутационном основании при заранее заданном числе логических слоев.

Эта задача может быть решена, используя выражения:

(6.22) (6.23)

либо: (6.24) (6.25)

Здесь:

n_слxi, n_слyi – необходимое число логических слоев в коммутационном основании с направлением проводников X и Y. При этом общее число логических слоев составляет: n_слi = n_слxi + n_слyi.

t_{x 1 i} , t_{y 1 i} – число трасс на одном слое ЕМП направления X и Y, которое может быть реализовано в конструкции коммутационного основания при заданных условиях трассировки соединений (в частности, при заданном шаге трассировки, числе проводников между минимально расположенными друг от друга отверстиями) и с учетом необходимого числа и расположения монтажных и переходных отверстий.

Важное значение при расчете трассировочной способности и числа логических слоев в конструкции имеет параметр, характеризующий эффективность использования трасс для внутренних связей. Его значение целесообразно определять в зависимости от относительного числа переходных отверстий в конструкции, используя эмпирическое выражение:

, (6.26)

где:

е – основание натурального логарифма, е = 2,718;

K _{отв i} – относительное число переходных отверстий в конструкции ЕМП, определяемого отношением: K _{отв i} = N_поi /N_моi, где N_поi и N_моi – число переходных и монтажных (основных) отверстий в конструкции ЕМП коммутационного элемента соответственно;

Э _{max i} – максимально возможное значение эффективности использования трасс в конструкции коммутационного элемента, зависящее от способа проектирования (ручной или машинный) и уровня компоновки устройства. Для большинства случаев эти значения составляют:

Э _{max i} = 0,55…0,6 – при машинном проектировании подложек МКМ и МПП функциональных узлов, блоков и устройств на БИС (i = 3…5);

Э _{max i} = 0,75…0,8 – при машинном проектировании кристаллов БИС и СБИС (i = 1…3) и ручном проектировании МПП на ИС (i = 2, 3).

Поиск по сайту: