И методах интегральных схем

Повышение требований к надежности радиоэлектронных устройств и систем, уменьшение габаритов и массы, снижение по­требляемой мощности аппаратуры вызвали интенсивное развитие микроэлектроники. Принципиально новым шагом на пути микро­миниатюризации электронных устройств явилось применение ин­тегральных схем (ИС) и схем с высокой степенью интеграции — больших интегральных схем (БИС) на биполярных и униполяр­ных транзисторах. Анализ и синтез микросхем представляют собой сложную задачу, для решения которой требуются еще значитель­ные исследования.

Если при проектировании схем на обычных дискретных компо­нентах ручные методы давали вполне удовлетворительные резуль­таты, то использование ИС сделало совершенно неэффективными традиционные принципы и методы проектирования. В процессе разработки ИС возникают все трудности, свойственные проектиро­ванию обычных схем, а также трудности, связанные с решением множества других задач, не имеющих аналогий в классической теории электронных схем. Это определяется большой сложностью ИС, паразитными связями между компонентами ИС, разбросом параметров этих компонентов. Все это привело к тому, что осно­вой проектирования ИС стали машинные методы.

При разработке ИС совершенно недостаточно полагаться на приближенные вычисления с дальнейшей экспериментальной до­работкой путем макетирования схемы. Анализ и расчет ИС дол­жны быть достаточно полными и точными, так как изготовление ИС и изменения в ней требуют много времени и больших затрат.

Интегральные схемы можно рассматривать как многослойные структуры с распределенными параметрами. Для их анализа необ­ходимо использовать эффективные методы решения дифференци­альных уравнений в частных производных. Для структур сложной формы решение возникающих задач чрезвычайно затруднено, и поэтому часто прибегают к моделированию процессов. Один из путей моделирования заключается в замене структуры с распреде­ленными параметрами упрощенной эквивалентной схемой из дис­кретных компонентов.

При создании программ машинного расчета для составления математической модели ИС используется классическая теория це­пей. Для этого элементы ИС замещаются эквивалентными схе­мами, с помощью которых составляется математическая модель всей интегральной схемы. Точность расчета ИС при сколь угодно сложной и точной программе определяется тем, насколько точно

используемые эквивалентные схемы (модели) отражают работу элементов ИС. Поэтому модели элементов ИС имеют особое зна­чение при моделировании и расчете ИС. Создание таких доста­точно точных моделей является составной частью машинного рас­чета ИС.

На практике к используемым моделям предъявляются требова­ния максимальной простоты при допустимых пределах ошибки мо­делирования. С повышением точности моделирования эквивалент­ные схемы усложняются. Однако сложные модели практически не применимы даже при использовании быстродействующих ЭЦВМ. Главным и особенно сложным вопросом при моделировании ИС является выбор эквивалентных схем полупроводниковых прибо­ров— различного типа транзисторов, диодов. В настоящее время созданы и используются в известных машинных программах не­линейные модели транзистора: Эберса и Молла, зарядная модель Бюфоау — Спаркса и модели Линвилла. Наряду с ними существуют также линейные модели различной сложности, предназначенные для описания работы транзистора при малом сигнале в окрестно­сти рабочей точки. Во многих случаях они позволяют получить хо­рошие результаты. С развитием микроэлектроники усовершен­ствуется и техника моделирования.

В настоящее время имеются комплексы программ для построе­ния математических моделей большого числа достаточно разнооб­разных электронных схем. Они позволяют проводить анализ и оп­тимизировать по параметрам практически любую электронную схему с сосредоточенными параметрами; формировать входные сигналы любой формы и получать характеристики нужных вели­чин в любой точке схемы; имитировать случайные изменения па­раметров схемы и т. д.

Особенностью эквивалентных схем БИС является большое число стандартных моделей и множество связей между ними. При машинном расчете сложных цепей максимально допустимое число ветвей и узлов схемы определяется кроме характеристик ЭЦВМ эффективностью используемых алгоритмов. Поэтому при анализе и расчете больших схем стремятся сократить объем хранимой ин­формации и время моделирования. В связи с этим получил разви­тие метод анализа сложных цепей и систем по частям, названный диакоптикой. Сущность этого метода заключается в разделении сложной цепи на части — подцепи, каждая из которых рассчиты­вается независимо от других, а общее решение уравнений всей цепи получается путем соответствующего объединения решений уравнений отдельных подцепей. Применение диакоптики повышает эффективность использования ЭЦВМ при расчете БИС за счет су­щественного уменьшения объема вычислений.