- Как разработать микросхему. Собственный процессор (почти)
- Так как же разработать микросхему?
- А как же кремний
- GDS-II файл и так называемый Process Development Kit
- Как рисовать транзистор и как он работает
- Разработка аналоговых компонентов
- Создание микросхем своими руками
- D-Триггер, подробный обзор и тестирование! [электроника для начинающих]
- Триггер Шмитта и как избавиться от дребезга контактов. [электроника для начинающих]
- От процессора до блока питания. Самая понятная инструкция по апгрейду ПК
- Светодиодное сердце на 2-х микросхемах своими руками.Подарок маме
- Формовка выводов микросхем и их обрезка вручную без специальных устройств
- Микроскоп из веб-камеры
- Новогодний электронный фейерверк на 2-х микросхемах, Самодельный световой эффект!
- Как сделать то, что на фото или Усилитель своими руками.
- Дверной гонг своими руками. Часть 0.
Как разработать микросхему. Собственный процессор (почти)
Как же разработать свою микросхему. Задался я этим вопросом, когда я захотел создать собственный процессор. Пошёл я гуглить и ничего годного не нашёл. Ответы в основном два։ «Ты не сделаешь свой процессор, потому что слишком сложно» и «Забей и собери компьютер из комплектующих».
Очевидно что это меня не устаивает, поэтому я решил изучить вопрос серьезнее. Оказалось можно сделать свой процессор описав его с помощью Verilog и FPGA. Купил плату в китае, 3 года спокойными темпами написал свой процессор, оттестировал, скомпилировал и залил на FPGA. Но мне этого недостаточно.
Так как же разработать микросхему?
Давайте сначала разберёмся из чего состоит микросхема. Все микросхемы состоят из кремния и корпуса.
Корпус это кусок пластика и несколько проводов к выводам корпуса. А есть еще кремний. Корпуса микросхем имеют миллион вариантов корпусировки и к этому мы даже не будем подходить. Существует два варианта расположения кристала. Вверх металлом и вниз металлом. На картинке изображены микросхемы вверх металлом. Вниз металлом имеет преимущество ввиду того, что не надо провода проводить.
А как же кремний
Кремний производиться на заводе. Каждый завод имеет свою технологию производства. Мы будем рассматривать только технологии 130нм ибо про нее я знаю достаточно много.
Для того, чтобы производитель произвёл вашу микросхему вам нужно предоставить им GDS-II файл, который является грубо говоря векторной многослойной картинкой вашей микросхемы.
Первым шагом к разработке является։ связаться с производителем. Если у вас меньше чем 10000 баксов, забудьте. Лучше рассмотреть Multi project wafer service [ https://en.wikipedia.org/wiki/Multi-project_wafer_service ].
Не все GDS-II файлы могут отправиться на производства. Для того, чтобы понять что можно произвести, а что нет вам понадобиться несколько файлов.
GDS-II файл и так называемый Process Development Kit
На картинке вы можете видеть интегральную схему SHA3. Большая область справа это и есть SHA3 схема, а всё остальное так называемый Caravel Harness. Для того чтобы гугл смог произвести вашу микросхему по технологии SKY130 гугл требует чтобы ваша основанная схема справа и подключается к жёлтым точкам. Посмотреть на структуру Caravel Harness можно тут.
Интегральная схема SHA3 на технологии SKY130, https://efabless.com/projects/4
Process Development Kit эта такая кучка файлов которая содержит։
Этот файл содержит на удобно перевариваемом формате описание и требования к конечному файлу, кроме того эта документация содержит примеры и описания транзисторов.
Модели для симуляции элементов схемы в формате SPICE.
Эти модели используются для симуляции компонентов интегральной схемы. Перед тем как нарисовать структуру кремния, вам нужно сначала определиться со схемой, которую вы будете рисовать.
Технологические файлы, которые позволяют связать файл GDS-II и слои при производстве.
Библиотека примитивов — Транзисторов, резисторов, конденсаторов и так далее
Модели для симуляции
Символы для рисования схемы
Правила Design Rule Check
Эти файлы привязаны к конкретному программному обеспеченью и содержат список правил, на которые в автоматическом режиме будут проверяться ваши интегральные схемы или её отдельные компоненты.
Primitive Extraction rules или правила описывающие примитивы. Эти правила позволяют превратить ваш GDS-II представление в список примитивов и их связей (netlist). Сгенерированный netlist также содержит паразитные конденсаторы и резисторы, а сам netlist используется для того чтобы произвести симуляцию компонентов как можно приближённой к реальной интегральной схеме.
Layout versus Schematic check или правила, которые позволяют получить из вашего GDS-II так называемый netlist. После чего его можно сравнить со схемой, которую вы нарисовали и уже про симулировали.
Например, установщик для технологии SKY130 (130нм) можно найти вот тут. Эти скрипты автоматически установят всё необходимое, но не спешите ниже мы найдём скрипт, который сделает все за нас.
Иногда производитель кремния также предоставляет так называемые файлы Standard Cell Library. Эти файлы предоставляют описание отдельных компонентов, который разработчик может использовать для разработки цифровых интегральных съем или её частей. К этому чуть позже.
Здесь стоит остановиться и понять, из чего конкретно состоит сам кремний.
Как рисовать транзистор и как он работает
Перед тем как что-то разработать нам нужно понять основу интегральных схем — транзисторы MOSFET. Существуют два типа которые мы будем использовать — NMOS и PMOS.
Давайте разберемся как работает транзистор и как он выглядит. Знакомьтесь։ транзистор
Транзистор N-MOS. Понять тип можно по типу двух контактов Source и Drain
Как мы здесь видим։ у транзистора есть несколько компонентов. Металл и контакт, а также N+ и P Substrate. Когда напряжение Vgs = Vth, а Vds = Vth и Vds > Vgs — Vth тогда транзистор находиться в открытом состоянии. Похожим образом работает PMOS, но в отличии от NMOS он закрывается, а не открывается.
А теперь знакомьтесь։ транзистор PMOS (сверху) и NMOS (снизу)
Схема инвертера в Magic от спидраннера инвертеров на Ютубе
Разработка аналоговых компонентов
Давайте не буду вас томить. Установите в виртуалку Ubuntu и следуйте следующим шагам։ https://github.com/efabless/openlane#quick-start. Я бы установил его в
/openlane_exp/ ибо именно этот путь я использую в примере
Для того чтобы установить программы которыми мы будем пользоваться следуйте следующим шагам։ https://github.com/armleo/sky130_ubuntu_setup/blob/main/install_tools.sh
Нам нужны следующие программы
OpenLANE, который установит модели для симуляции и отдельные компоненты и примитивы в соответствующей папке. Почитайте документацию очень интересно. Бесплатный установщик skywater PDK + скрипты для использования разных программ для того чтобы в автоматическом режиме скомпилировать вашу цифровую схему. Кроме того образ докера с предустановленными ПО для компиляции.
Yosys. Гордость проектов с открытым исходным кодом. Автор։ Claire Wolf. Позволяет скомпилировать ваш Verilog в gate-level представление, которое описывает вашу цифровую схему в виде отдельных компонентов. Замена Design Compiler от Synopsys
Куча других ПО, которые в автоматическом режиме превращают ваш gate-level в GDS-II. Об этом будет в соответствующей главе
skywater-pdk. Открытый PDK skywater 130nm. Содержит также так называемые готовые цифровые компоненты, примитивные компоненты и библиотека ячеек ввода-вывода
ngspice, Открытый симулятор spice. На удивление неплохой, но я конечно же рекомендую коммерческие симуляторы например HSPICE от Synopsys.
xschem, открытая программа для рисования схем. Бесплатная замена CustomCompiler от Synopsys
klayout, для рисования и открытия GDS-II. Бесплатная замена CustomCompiler от Synopsys
Magic, программа которая может производить DRC, и не только. Вообще очень полезная штука. Бесплатная замена IC Validator от Synopsys
Netgen, программа которая может делать LVS проверку. Бесплатная замена IC Validator от Synopsys
OpenRAM. Компилятор элементов памяти. Замена Memory Compiler от Synopsys. К сожалению мы не можем им пользоваться ибо у нас нет файлов технологической настройки, который закрыты из-за NDA. Правда готовые блоки с синхронными входами и выходами можно найти здесь.
Давайте уже к практике. Учтите что вам нужно поменять много параметров, надеюсь разберетесь.
Команды сверху установят пример инвертера и запустит докер с проброской из моей домашней папки и проброской X11 для окон.
После открытия надо подключить технологические файлы.
Откройте Manage Technologies
Правый клик по списку технологий
Найдите файл /home/armleo/openlane_exp/openlane/pdks/sky130A/libs.tech/klayout/sky130A.lyt
Откройте настройки слоев
Хотите увидеть инвертер?
Инвертер
Да выглядит уродливо, зато бесплатно ։D.
Давайте поймём что это за схема, как она работает и из чего состоит. Сверху синий слой это метал по которому подключается SOURCE и BULK ножки PMOS транзистора к VDD или позитивному напряжению. Снизу слой металла по которому идёт VGND или заземление, который подключается к ножке SOURCE и BULK NMOS транзистора.
Ножки GATE подключенные к друг другу и к вводному сигналлу A с использованием слоя полисиликона LI1.
Выход подключен к контакту Y с использованием слоя полисиликона LI1.
Инвертер работает следующим образом։
NMOS открыт, когда на входе высокое напряжение, а PMOS закрыт. Таким образом на выходе получается низкое напряжение. NMOS открыт, поэтому низкое напряжение подаётся на выход, но короткого замыкания не просиходит, посколько PMOS закрыт.
NMOS закрыт, когда на входе низкое напряжение, а PMOS открыт и VDD подключен к сигналу Y. NMOS закрыт, поэтому низкое напряжение не подаётся на выход, и короткого замыкания не происходит. Таким образом на выходе получается высокое напряжение.
Схема в разрезе։
Схема соответствующая инвертеру։
Здесь вы можете видеть, что у транзистора на самом деле 4 ноги։ DRAIN, SOURCE, GATE, BULK.
В следующей частях разберемся։
как нарисовать несколько компонентов (NAND, NOR), сделать LVS, DRC, PEX и провести симуляцию.
Поймем, что такое последовательные компоненты (Sequential components) — Latch, Flip-flop
После мы разберём как скомпилировать наш Verilog в GDS.
Источник
Создание микросхем своими руками
Товарищ скинул фото из тырнета с вопросом «смогеш?») А чё бы нет(ответил я) Ранее я ему уже делал рабочий [стол](Стол для «электронищика»!)
Обрисовал микросхему по чертежам (со поставил размеры) Решил делать из 20 мм. и 12 мм. фанеры. Накладки на торцы фрезернул из 16 мм мдф. Попалась капризная фанера (отправила пару новых фрез к проотцам).
Собирал на шпильки и полиуретановый клей.
«Полость» для облегчения конструкции! Оставил послание для потомков (прочесть можно только раскурочив табуретку.)
Склеил и стянул заглушки. К ним потом торцы крепил на много клея и финишные гвозди.
Шпакля, шлифовка, шпакля. Думаю для таких вещей надо использовать двух компонентную авто шпаклю(как советует Лихой топорь) а то акриловая для дерева дает усадку и обрабатывать ее паршиво. Но не исключает и жопорукость! Жопорукость тут основной элемент.
Первый слой покраски.
Не получилось сделать углубление как на оригинальной ne555 (коронка умерла
Маркировка и залачил все жирнее!
Вот такой повтор тырнетовской идеи у меня вышел.
Да простят меня профессионалы за добавления тега!
D-Триггер, подробный обзор и тестирование! [электроника для начинающих]
Хотели узнать о D-Триггере, но боялись спросить?
— Тогда мы идем к вам!
В этом видео я расскажу о D-Триггере на микросхеме К555ТМ2, и продемонстрирую принцип его работы. А так-же коснусь темы так называемого «дребезга контактов».
Основная идея моих видео — электроника, не на основе готового Arduino — это просто^^
И я надеюсь, что мои ролики убедят вас взять в руки паяльник!
Триггер Шмитта и как избавиться от дребезга контактов. [электроника для начинающих]
Многие начинающие электронщики сталкиваются с проблемой так называемого «дребезга контактов».
В этом видео я расскажу о Триггере Шмитта, и о том, как он может помочь в устранении дребезга контактов. А также продемонстрирую работу схемы устранения дребезга контактов на основе триггера Шмитта.
Основная идея моих видео — электроника, не на основе готового Arduino — это просто^^
И я надеюсь, что мои ролики убедят вас взять в руки паяльник!
От процессора до блока питания. Самая понятная инструкция по апгрейду ПК
Настольный ПК способен запускать новые требовательные игры, и это его главное преимущество, которое теряется со временем. Как продлить жизнь вашего компьютера — рассказываем в простой и понятной инструкции
Светодиодное сердце на 2-х микросхемах своими руками.Подарок маме
Приветствую. Хочу представить схему светодиодного сердца на 2-х микросхемах.
Схема взята c сайта, который продаёт RadioKit наборы.
Фото печатной платы было обведено в Sprint-Layout 6.0 b распечатано на лазерном принтере.
Плата была изготовлена методом ЛУТ на советском одностороннем текстолите.
На видео представлена работа данного устройства.Можно заметить, что некоторые светодиоды тускнеют по мере включения других. Поэтому питать сердцу нужно как минимум 10В-14В.
Формовка выводов микросхем и их обрезка вручную без специальных устройств
Микроскоп из веб-камеры
Практически из хлама можно получить микроскоп с увеличением 50х-100х. Для этого понадобится ненужная веб-камера или камера (желательно основная) от мобильного телефона, можно даже не исправная, и смартфон (желательно с оптическим увеличением, хотя бы 4х). Прямые руки и простой инструмент — пинцет, кусачки, канцелярский нож и немного двухстороннего скотча.
Из камеры нужно 2 компонента: оптическая часть, или же, упрощённо говоря — линза, и пластиковая обойма, в которую ввинчивается эта оптическая часть. Главное, не повредить отику, для этого её выкручиваем перед выламыванием обоймы. Затем, варварски кусачками извлекаем обойму. Если будет использована камера от мобильного телефона, там будут небольшие магниты, их обязательно удаляем, чтобы они не мешали работе камере нашего смартфона.
Вот так выглядит в сборе оптическая часть с обоймой в камере.
Вот так раздельно
После извлечения оптическую часть закручиваем в обойму ОБРАТНОЙ СТОРОНОЙ, то есть, той частью, которая ранее смотрела на мир, оптическая часть теперь будет смотреть на камеру смартфона. И в таком положении приклеиваем обойму к смартфону на двухсторонний скотч.
Микроскоп готов. Включаем камеру на смартфоне, максимально накручиваем оптический zoom (ну, или цифровой, если он не совсем убогий и не сильно искажает картинку). Далее обеспечиваем хорошее освещение для исследуемого объекта и поднося смартфон к нему пытаемся получить чёткую картинку. Экспериментируем с вкручиванием и выкручиванием оптической части из обоймы, это может улучшить чёткость. Подносить надо очень близко, на расстояние около 1мм.
Пара результатов. Микротекст с 50 рублей:
Участок кристалл микросхемы (silicon die) LM2596S с Алиэкспресс
Размер кристалла примерно 2х3мм. Собственно, ради этого и был собран микроскоп из подручных средств. Дело в том, что китайцы часто занимаются высокотехнологичным обманом, когда дешёвые электронные компоненты перепаковывают (или перемаркировывают) в более дорогие. Если извлечь кристалл, на нём можно увидеть реальное название микросхемы, а не то, которое хитрые китайцы написали на корпусе. Но в данном случае, кроме букв ADJ никаких маркировок обнаружено не было. Похоже, что-то совсем китайское продают под видом LM2596s.
Новогодний электронный фейерверк на 2-х микросхемах, Самодельный световой эффект!
Что может получиться из двух микросхем и кучки светодиодов?
В этом видео я покажу как самому, и из доступных радиодеталей собрать Новогодний световой эффект фейерверка!
Я надеюсь, что этот ролик убедит вас взять в руки паяльник.
Как сделать то, что на фото или Усилитель своими руками.
Чтобы получилась точная копия микросхемы на фото требуется следующее:
Дверной гонг своими руками. Часть 0.
Всем привет. Я захотел себе домой вот такой дверной гонг. Купить его конечно можно, но вот стоят они от 3000 рублей, а тем более хочется действительно необычный звонок. И мне пришла идея создать полифонический дверной гонг на 12/24 трубы. Такое количество труб позволит закрыть две полных октавы, т.е. можно будет сыграть любую мелодию. Я читал много постов про самодельные электронные устройства и верю в силу Пикабу))) из моих предположений удобнее всего реализовать такое устройство на Arduino/Pi+электромагнитные реле, которые будут толкателями для труб. Может быть обойтись Атмегой. На ардуино закладывается роль преобразования мелодии в 12/24 ноты и управление реле с задержкой. Также нужно рассчитать длину труб для соответствия резонансной частоте каждой ноты. Буду рад советам, комментариям. Может кто согласится поучаствовать в таком проекте или сделать предзаказ, требуемые запчасти и расходники с меня. Также прошу помощи у бывалых и знающих: @miharus300, @BootSect, @QwertyOFF, и всех остальных))) Что думаете? Реально? Что потребуется?
Источник