1. Einleitung - FG Mikroelektronik, TU Berlin

Kapitel 4 Entwurf digitaler Schaltungen
4.1.2.1 Standardzellentechnik
Bei diesem Entwurfsstil greift der Entwickler auf eine Bibliothek von Logikzellen
zurück. Die Idee der Standardzellentechnik beruht darauf, alle Schaltungen aus einer
möglichst geringen Zahl von standardisierten Grundzellen aufzubauen und somit die
Entwicklungskosten zu reduzieren. Die Grundzellen werden mit dem Vollkundenentwurfsstil
entwickelt, der aber nur einmal aufgewendet werden muss. Mittels der
Bibliothek sind die einzelnen Zellen beliebig oft einsetzbar. Der Anbieter der Zellenbibliothek
entwirft die Grundzellen im Hinblick auf möglichst vielfältige Anwendungsmöglichkeiten.
Er garantiert die Funktionsfähigkeit durch detaillierte Spezifikation jeder
Zelle. Der Vorteil des Standardzellenentwurfs gegenüber der Vollkundenschaltung ist die
Reduzierung des Entwurfsaufwands auf den Entwurf der Logik sowie Plazierung und
Verdrahtungen der Zellen. Infolge der nicht individuell generierten Zellen und deren
Anpassung an eine optimale Verdrahtung erhöht sich jedoch die Chipfläche um 20% bis
Faktor 3 gegenüber dem Vollkundenentwurf, weil aufgrund der Standardisierung große
Transistorweiten gewählt werden müssen.
4.1.2.2 Gate-Array-Technik
Neben der Bausteinspezifikation stehen dem Entwickler in der Halbleiterfabrik
vorgefertigte Chips zur Verfügung, auf denen matrixartig Gatterstrukturen und/oder
einzelne Elemente, wie Transistoren und Widerstände, ohne Verdrahtung angeordnet sind.
Er muss lediglich die Verdrahtung definieren, d. h. das Master-Chip kann in großen Stückzahlen
gefertigt werden und die Personalisierung (seitens des Schaltungsdesigners) erfolgt
nur in zwei bis vier Maskenebenen. Da nur die Verdrahtung definiert werden muss, kann
mit dem Gate-Array-Entwurf schnell und preiswert eine VLSI-Kundenschaltung entworfen
werden und aufgrund der regelmäßigen Masterstruktur hat die Entwurfsautomatisierung ein
hohes Niveau erreicht. Der Nachteil der Gate-Arrays gegenüber den Standardzellen ist die
geringere Packungsdichte, die sich auf die elektrischen Eigenschaften der Schaltung wie
Taktfrequenz und Verlustleistung auswirken. Dieser Nachteil wird dadurch kompensiert,
dass Gate-Arrays aufgrund ihrer einfacheren Struktur schneller am Markt sein können, und
damit gegenüber den Standardzellen neuere Technologien schneller einsetzen können.
4.2 Entwurfssichten
Die Entwicklung elektronischer Systeme ist bei der heutigen Komplexität und den
genannten Anforderungen nur durch eine strukturierte Vorgehensweise beherrschbar. Man
unterscheidet beim Entwurf elektronischer Systeme üblicherweise die drei Sichtweisen
SPINN-Chip: NTC/TNC-Modul 33