Цифровые методы обработки аналоговых сигналов. Часть 2.

Универсальные процессоры создаются для цифровой обработки широкого класса сигналов. К ним предъявляются довольно жесткие требования по производительности, потребляемой энергии и надежности. Универсальные процессоры должны обладать широкими возможностями программирования на макро- и микроуровнях. При этом используются различные архитектурные решения, в том числе конвейерные способы при обработке команд и данных. Процессоры этого типа, как отмечалось, обладают широкими возможностями с точки зрения реализации алгоритмов обработки аналоговых сигналов, как, например, фильтрация радиолокационных сигналов, слежение за подвижными объектами, распознавание образов целей и др.

Эффективное использование технических средств ЦОС рассматривается в аспекте достижения высокой плотности упаковки и снижения потребляемой мощности. Но главное требование, которое предъявляется к средствам ЦОС, — их быстродействие. Областями наиболее активного использования этих средств в настоящее время можно считать: бортовые системы, роботы, системы обработки изображений для повышения их четкости, имитационные системы и тренажеры, системы телефонной связи, цифровые голографические устройства и др.

До последнего времени для производства ЦОС-систем использовалась биполярная технология. Длительность циклов в этом случае обеспечивалась в пределах 50— 80 нс, плотность компоновки была близка к 5—10 тыс. вентилей на кристалл, а тактовая частота 10—15 МГц.

Применение КМОП-технологии позволило существенно улучшить характеристики ЦОС-систем. Не снижая скорости обработки сигналов, она позволила создать устройства обработки сигналов с плотностями компоновки порядка 20—25 тыс. вентилей на кристалл, снизить потребляемую мощность, а также уменьшить тепловыделение, что даст возможность решить вопрос об изготовлении микросхем в меньших по размеру корпусах.

Быстрое развитие КМОП-технологии заставило разработчиков ЦОС-систем с использованием биполярной технологии активизировать работы в направлении ее совершенствования. Например, фирма TRW (США) предложила технологию токовых логических схем с 1-мкм топологическими проектными нормами, что позволило существенно увеличить тактовые частоты до 35 МГц при изготовлении параллельного умножителя; фирма AMD (США) разработала новую биполярную технологию, обеспечивающую внутривентильные задержки не более 1,5 нс (потребляемая мощность 1 мВт) с 1,5-мкм топологическими проектными нормами. Повышения плотности компоновки в однокристальном процессоре эта фирма достигла за счет изготовления третьего слоя металлических межсоединений. Дальнейшее развитие работ предполагает использование более совершенной технологии, которая позволит, как надеются разработчики, «изготовление» транзисторов методом ионной имплантации с изолированием смежных транзисторов «канавками». Здесь реализуются 1,2-мкм топологические нормы с внутренними задержками около 800 нс (мощность 1 мВт).

Развитие КМОП-схем рассматривается сейчас как основное направление в области разработки ЦОС-систем. Однако развиваются и традиционные направления в этой области. В частности, технология многоканальных МОП-схем ориентирована на создание однокристальных ЦОС-микросхем, обладающих большим быстродействием и более высокими плотностями компоновки по сравнению с аналогичными изделиями, изготовленными по КМОП-технологии.