Richi´s Lab

Mikroelektronika Botevgrad CM633

CM633

Der CM633 ist ein von Mikroelektronika Botevgrad entwickelter Baustein, der die Funktionen des 16R8-PAL im Apple 2 nachstellt.

Im Apple 2 kam zuerst ein PAL (Programmable Array Logic), also ein programmierbarer Baustein zum Einsatz. Später wurde auf einen maskenprogrammierten HAL (Hard Array Logic) umgestellt.

 

PAL16R8

PAL-Bausteine ermöglichen es einfachere Logikschaltungen per Einmalprogrammierung abzubilden. Bei HAL-Bausteinen erfolgt diese Programmierung bereits während der Herstellung. Der grundsätzliche Aufbau ist aber in beiden Fällen der selbe. Das Philips-Datenblatt des 16R8 enthält ein Blockschaltbild, das die Funktionen erläutert.

Von links treffen acht Eingangssignale ein, die differentiell gewandelt in das mittige Array geleitet werden. An den 2048 Kreuzungspunkten innerhalb des Arrays sind die horizontalen und vertikalen Leitungen initial voneinander isoliert. An diesen Stellen befinden sich bei einem PAL-Baustein sogenannte Antifuses, die leitend werden, wenn man sie mit einer erhöhten Spannung auslöst. Dabei wird eine Isolationsschicht durchbrochen und es bleibt eine leitende Verbindung zurück. Da in einem Logikarray im allgemeinen verhältnismäßig wenig Verbindungen benötigt werden, beschleunigt der Einsatz von Antifuses die Programmierung.
Bei einem HAL-Baustein werden die notwendigen Verbindungen während der Herstellung über die Masken in das Die integriert.

Orthogonal zu den Eingangssignalen führen rechts achtmal acht Leitungen aus dem Array. Die Leitungen durchlaufen jeweils einen Puffer, dann acht Achtfach-Oder-Gatter und acht Flip-Flops. Jeweils ein Ausgang der Flip-Flops wird über abschaltbare Pufferstufen zu den acht Ausgängen geführt. Die invertierten Ausgänge der Flip-Flops werden in differentielle Signale gewandelt und zurück in das Array geführt.

 

CM633 Die

CM633 Die

Das im Package enthaltene Die besaß eine Schutzschicht, wie sie unter anderem beim CM631 zu sehen ist. Die Abmessungen betragen 2,11mm x 2,00mm. Die minimale Strukturbreite scheint im Bereich von 4µm zu liegen. An der unteren Kante befinden sich die für Mikroelektronika Botevgrad typischen Hilfsstrukturen.

 

PAL16R8 Die Funktionsblöcke

Die im 16R8-Datenblatt dargestellten Funktionsblöcke finden sich zum Großteil auf dem CM633 wieder. An der oberen Kante treffen die Eingangssignale ein. Die roten Blöcke stellen Schutzschaltungen dar. Von dort aus führen zweimal vier Leitungen zu den oberen Puffern (gelb).

Oberhalb des Connection-Arrays befinden sich Pull-Up-Strukturen. An der Unterseite des Arrays folgen augenscheinlich Oder-Gatter (weiß) und Flip-Flops (blau).

Von den Flip-Flops führen zweimal vier Leitungen zu den Ausgangsendstufen (lila) und zurück zum Connection-Array, wo sich die zugehörigen Puffer befinden (grün).

 Das Bondpad des Massepotentials ist links platziert, die Einspeisung der Versorgung erfolgt von rechts. Die Verteilung der Potentiale ist teilweise sternförmig aufgebaut, um die gegenseitige Beeinflussung der Schaltungsteile zu reduzieren.

 

CM633 Die Detail

Mit stärkerer Vergrößerung wird erkennbar, dass es sich hier nicht um einen PAL-, sondern um einen HAL-Baustein handelt. Auf den Leitungen der Metalllage befinden sich offensichtlich Durchkontaktierungen.

 

CM633 Die Detail Analyse

Dem Aufbau nach bestehen die aktiven Knoten innerhalb des Arrays nicht aus einfachen elektrischen Verbindungen, sondern aus MOSFETs. Das Bild ist im Vergleich zu den oberen Bildern 90° nach rechts gedreht. Rechts sorgen die Pull-Up-Strukturen dafür, dass jede Metallleitung initial ein positives Potential führt (rot). Die hier senkrecht verlaufenden lila Leitungen führen das Massepotential. Rechts und links von ihnen befinden sich die differentiellen Steuerleitungen, die als Gate-Elektroden agieren (grün). Wo Durchkontaktierungen integriert wurden, kann die zugehörige Steuerleitung das Potential der wagerechten Metallleitung auf das Massepotential ziehen (gelb/blau).

 

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