5. Описание принципов обеспечения помехоустойчивости конструкции

Обеспечение помехоустойчивости является одним из самых важных факторов при проектировании устройств ВТ.

Для правильного функционирования МКМ недопустимы даже кратковременные искажения информации, т.к. они приводят к ошибкам в конечных результатах и, как следствие, к потерям машинного времени для повторного вычисления. Причиной разного рода искажений являются помехи.

Помехи, как правило, имеют характер кратковременных импульсов. Различают помехи внешние и внутренние. К внешним относятся помехи от промышленной сети электропитания, сильноточных переключателей, атмосферных осадков. Защита от таких помех осуществляется конструктивно на уровне непосредственно ЭВМ (устройства защиты, стабилизаторы), поэтому непосредственно для МКМ их влияние можно не рассматривать.

К внутренним помехам относятся такие помехи, амплитуда и длительность воздействия которых находятся в прямой зависимости от амплитуды и длительности фронтов сигнала ЛЭ. Предотвращение воздействия таких помех есть прямая задача конструирования непосредственного устройства ЭВМ, в нашем случае МКМ. Внутренние помехи обусловлены:

емкостными и индуктивными связями между сигнальными цепями ЛЭ (перекрестные помехи);

наличием общих участков цепи схемной "земли", экранов и цепей питания (кондуктивные помехи);

неполным согласованием цепей связи, колебательных режимов, резонансных явлений и (колебательные помехи).

Обеспечение помехоустойчивости МКМ достигается конструктивными особенностями, среди которых:

одинаковое и достаточное число контактов земли и питания;

правильное распределение контактов питания и земли по отношению к сигнальным контактам на корпусе;

правильный выбор топологии и трассировки цепей питания в кристалле;

правильная компоновка и трассировка логических цепей в кристалле;

правильная развязка цепей питания за пределами корпуса;

Проведем расчет числа контактов питания и земли.

Общее число внешних контактов МКМ может быть рассчитано по формуле:

m_общ^МКМ=m_i+m_E0+m_E1

где: m_i - число внешних связей;

m_E0 - число контактов нулевого потенциала;

m_E1 - число потенциальных контактов.

Так как m_i=m_вхi+m_выхi, при этом m_выхi=m_i/ (K_i+1), где K_i=m_вхi/m_выхi, можно записать для КМОП (m_E0=m_E1=m_выхi/6) следующую формулу:

m_общ^МКМ=m_i+m_i/ (3* (K_i+1))

Подставляя значения из таблицы, получим:

m_общМКМ= 848,53+848,53/ (3* (1+1)) =990 шт

Следует заметить, что часть выводов будет отведена под внутренние соединения (к ОЗУ).

Чтобы избежать наводок со стороны линий питания и земли на логические цепи необходимо равномерно распределить контакты земли и питания по корпусу. Такое размещение представлено на рис.6

Для обеспечения экранировки и простоты топологии цепи питания и земли выполним сплошными отдельными слоями. Расположение логических цепей по отношению к цепям питания и земли определяют два варианта компоновки цепей в кристалле - с открытым и закрытым структурным звеном (см. рис.5). Первый вариант характеризуется лучшим быстродействием, но худшей экранировкой. Второй вариант - наоборот. В силу критерия лучшей помехозащищенности к МКМ выбираем вариант закрытого структурного звена.

Логические цепи компонуются по слоям X и Y, причем между слоями в любых направлениях необходимо ввести экраны (земляные слои). Структура конструкции кристалла строится по принципу структурных звеньев.

Для перехода со слоя на слой используем переходные отверстия с обеспечением максимального КПД.

Также необходимо добавить в структуру кристалла специальные разделительные элементы (конденсаторы р-n структуры) для развязки элементов логической схемы по высокой и низкой частоте.