論理設計

ICチップを作る

No.1

概要

DOC08G01A

下の写真ではICを5個使った基板がありますが1個はオペアンプで1個はA/Dコンバータです。 残りの3個はCPLDですXC95108を1個とXC9536を2個を使っています。 CPLDは別の種類でもかまいませんし個数も減らせますしFPGAを使ってもかまいません。

CPLDやFPGAには下のような論理設計が必要です。

上の写真のXC95108ではA/Dコンバータのバイナリ値をBCDの3桁に変換するために四則演算を実行しています。
現在(2008.7.1)ではXC95108の約43倍までの論理デバイスがアマチュアでも1個から通信販売で入手できます。
この容量はマイクロプロセッサやメモリを除けばほとんどの論理を実現できる大きさだと思います。

論理設計の原理はブールの論理に基づいていますから単純なものですがこれらを簡単明瞭に関連づけて記述 できることと、関連づけた論理が思ったとおりに機能するのかどうかを簡単に確認できることが重要になります。

論理設計は上図のようにコンピュータプログラムの設計と違ってCLK単位の設計をしますしCLK単位の検証も行います。

論理設計をチップに具現化するときにチップに特有の機能を使った設計をするとチップの種類によって論理設計を 変えなければならないのでチップを論理設計の単純な入れ物とみなせなくなります、論理設計の汎用性を第一におき チップの機能を使い切って最高の性能を出すことを目指すようなことは行いません。

実装に当たっては 変換基板を使わないで済むのはXC95108までで、それ以上の容量では左写真のような変換基板を使った実装になりますので 面積が大きくなります写真の変換基板では208ピンまで実装できます。
それ以上の容量を求めるとアマチュアが国内の通信販売で1個からという物はないと思いますしパッケージがBGAなどになってアマチュアが部品を 入手して実装することはほぼ不可能になりますのでFPGAのブレッドボードを販売しているメーカの製品を入手することに なりますが価格はパソコンくらいになります。 このレベルだとXC95108の100倍以上の容量でマイクロプロセッサも入ります。