Основные задачи формализации процедур проектирования МОП – транзисторов для САПР заключаются в следующем [3-5]:

– снизить сложность 3D моделирования в САПР компонентов (модулей) в виде МОП - транзисторов с учётом воспроизведения физических и химических процессов на уровне кристаллических решёток материалов для его отдельных элементов;

– снизить сложность 3D моделирования в САПР компонентов (модулей) в виде МОП - транзисторов из-за многомерности решаемых задач, что требует разработку методов синтеза внутренних и внешних параметров;

– снизить сложность воспроизведения физических явлений в виде процессов, происходящих внутри отдельных элементов МОП - транзистора;

– снизить сложность выбора оптимальных средств 3D моделирования с целью сопрягаемости с существующими САПР;

– снизить сложность решения задач синтеза параметров МОП – транзистора из-за различного уровня используемой в них топологии, различий применяемых при их изготовлении технологий, особенностей использования существующих и новых материалов их изготовления (зачастую с новыми параметрами), которые также оказывают своё влияние на конечный результат, а также снизить сложность 3D моделирования с электрическими параметрами изделий ЭКБ.

Методы формализации процедур проектирования МОП – транзисторов с использованием современных САПР

Предлагаемый обзор включает исследование возможностей следующих САПР: OrCAD Capture Cadence, MICROCAP, SIMETRIX, MULTISIM, Tine, Proteus, CircuitMaker, WORKBENCH.

Во всех исследуемых системах автоматизированного проектирования имеется два подхода проектирования МОП – транзисторов: первый – даёт возможность работать лишь с имеющимися компонентами САПР для конкретных уже разработанных библиотек; второй – позволяет изучать зависимости МОП – транзисторов на основе исследования её эквивалентной схемы.

Именно такие подходы с различными САПР были проанализированы и представлены ниже. Так, например, в САПР OrCAD Capture Cadence МОП - транзисторы в виде отдельных компонент представлены на рис. 1.

В этом случае с основными параметрами МОП – транзистора для конкретно выбранного компонента в САПР предоставляются табличные данные (рис. 2).

Рис. 2. Табличные данные параметров отдельного компонента МОП – транзистора в САПР OrCAD Capture Cadence

Только применительно к САПР OrCAD Capture Cadence имеется возможность 3D геометрического моделирования выбранного компонента МОП – транзистора (рис.3).

Второй подход при проектировании МОП – транзисторов представлен в виде модели, основанной на его эквивалентной схеме в САПР OrCAD Capture CIS Cadence (рис. 4).

Рис. 4. Модель на основе эквивалентной схемы МОП – транзистора в САПР OrCAD Capture CIS Cadence

Результатами функционирования представленной модели являются: анализ переменного тока от частоты, анализ переходных процессов, анализ Фурье, анализ помех, анализ искажений, анализ температурного диапазона, анализ наиболее неблагоприятного варианта, анализ Монте-Карло (рис. 5) соответственно.

Применительно к САПР MICROCAP используемые подходы представлены на рис. 6 (внешний вид компонента МОП – транзистора и его параметры в табличном виде) и рис. 7 (модель на основе эквивалентной схемы МОП – транзистора и основные зависимости параметров) соответственно.

Результатами функционирования представленной модели являются: анализ переменного тока от частоты, анализ переходных процессов, анализ быстрого преобразования Фурье, анализ помех, анализ искажений, анализ чувствительности, анализ температурного диапазона, анализ передаточной функции, анализ Монте-Карло (рис. 7) соответственно.

Применительно к САПР SIMETRIX используемые подходы представлены на рис. 8 (внешний вид компонента МОП – транзистора и его параметры в табличном виде) и рис. 9 (модель на основе эквивалентной схемы МОП – транзистора и основные зависимости параметров) соответственно.

Результатами функционирования представленной модели являются: анализ переменного тока от частоты (АЧХ), анализ переходных процессов, анализ Фурье, анализ помех, анализ температурного диапазона, анализ методом Monte-Carlo (рис. 9) соответственно.

Применительно к САПР MULTISIM используемые подходы представлены на рис. 10 (внешний вид компонента МОП – транзистора и его параметры в табличном виде).

Применительно к САПР Tine используемые подходы представлены на рис. 11 (модель на основе эквивалентной схемы МОП – транзистора и основные зависимости параметров).

Результатами функционирования представленной модели являются: анализ переменного тока от частоты, анализ переходных процессов, анализ Фурье, анализ помех, анализ диапазона параметров (рис. 11) соответственно.

Применительно к САПР Proteus используемые подходы представлены на рис. 12 (модель на основе эквивалентной схемы МОП – транзистора и основные зависимости параметров).

Результатами функционирования представленной модели являются: анализ переходных процессов, анализ Фурье, анализ помех, анализ диапазона параметров, анализ температурного диапазона (рис. 12) соответственно.

Применительно к САПР CircuitMaker используемые подходы представлены на рис. 13 (модель на основе эквивалентной схемы МОП – транзистора и основные зависимости параметров).

Результатами функционирования представленной модели являются: анализ переменного тока от частоты, анализ переходных процессов, анализ Фурье, анализ помех, анализ диапазона параметров, анализ температурного диапазона (рис. 13) соответственно.

Применительно к САПР WORKBENCH используемые подходы представлены на рис. 14 (модель на основе эквивалентной схемы МОП – транзистора и основные зависимости параметров).

Результатами функционирования представленной модели являются: анализ переменного тока от частоты и фазы, анализ переходных процессов, анализ Фурье, анализ помех, анализ коэффициента шума, анализ искажений, анализ чувствительности, анализ температурного диапазона, анализ передаточной функции, анализ Монте-Карло, анализ длительности траектории (рис. 14) соответственно.

Сравнительный анализ возможностей САПР представлен в таблице 1

Таблица 1

Сравнительный анализ возможностей САПР

Все рассмотренные параметры МОП – транзисторов при их моделировании в различных САПР придерживаются одних и тех же методов формализации процедур проектирования, которые не дают возможности оценивать специфические внутренние и внешние параметры, относящиеся к МОП – транзисторам.

Заключение

Таким образом, выполненный анализ методов формализации процедур проектирования элементов электронной компонентной базы на примере формализации МОП - транзисторов в современных системах автоматизированного проектирования позволил сделать следующие выводы:

формализация процедур проектирования в современных САПР направлена на формирование только электрических параметров: как для отдельных элементов, так и для схем в целом, но не для геометрического моделирования;

нет открытости для формирования новых МОП - транзисторов с новыми параметрами (можно использовать только стандартные компоненты);

модели и параметры транзисторов представлены либо в табличном, либо в схематичном виде;

отсутствует возможность формирования 3D моделей (кроме Cadence, которая представляет данные услуги практически за 100% доплату от стоимости пакета всех модулей) и геометрического моделирования МОП – транзисторов;

существующая формализация процедур проектирования не даёт возможность синтеза новых моделей МОП – транзисторов и его параметров;

существующая формализация процедур проектирования не даёт возможность учитывать новые материалы МОП – транзисторов.

Ввиду проведённого анализа, предлагается на основе использования новых методов информационных технологий, методов 3D геометрического моделирования и синтеза виртуальной реальности устранить выявленные недостатки САПР. При этом также возникает необходимость в формировании методов формализации процедур проектирования для синтеза параметров МОП – транзисторов и алгоритмов разработки компонентов САПР, позволяющих синтезировать различные зависимости параметров при проектировании МОП - транзисторов.

Причинами формализации процедур проектирования МОП – транзисторов для САПР являются:

сложность моделирования математических зависимостей параметров МОП – транзистора воспроизводящих их функционирование;

множественность структур МОП - транзисторов и их элементов;

необходимость учёта структуры материалов МОП - транзисторов на уровне кристаллических решёток;

необходимость учёта физико-технологических процессов для формирования результатов функционирования МОП – транзисторов;

необходимость учёта внешних и внутренних параметров, описывающих физические процессы МОП – транзисторов;

необходимость использования информационных 3D технологий и анализа существующих методов, алгоритмов и моделей проектирования на основе физических процессов, происходящих в МОП - транзисторе.

Ввиду этого предлагается следующее упрощённое представление этапов формализации процедур проектирования МОП – транзисторов для САПР (рис. 15).

Следовательно, рассматриваемые задачи и схему дальнейших исследований можно схематично представить в виде рисунка 16.

Более детальное рассмотрение ключевых вопросов исследования формализации процедур проектирования МОП - транзисторов в САПР и основные результаты такого исследования представлены в работах [1-15].