सामान्य सीएमओएस प्रक्रिया प्रौद्योगिकी का उपयोग करते हुए टर्नरी माइक्रोकिरेट्स का डिजाइन और निर्माण

कई लोगों ने दावा किया कि वे असतत घटकों से एक टर्नरी कंप्यूटर का निर्माण करते हैं, लेकिन कुछ अभी टेन्नेरी माइक्रोकिरेट्स का विकास और आदेश दे रहे हैं :)



मैंने अपना पहला टर्नरी माइक्रोकिरिट विकसित किया और आदेश दिया (एक ही क्रिस्टल 3 अलग-अलग आकारों में पैक किया गया था - डीआईपी 40, डीआईपी 28 और एसओआईसी 16) 2015 में। आज यह इस तरह का मेरा पहला और आखिरी अनुभव था, लेकिन फिर से कोशिश करने की इच्छा और शक्ति है - प्राप्त अनुभव को ध्यान में रखते हुए और वास्तविक उपयोगिता पर नज़र रखने के साथ जैसे कि टर्नरी प्रोग्रामेबल लॉजिक और / या टर्नेरी माइक्रोकंट्रोलर - कुछ ऐसा जो तुरंत हो। इस्तेमाल किया जा सकता है।

और अब वास्तव में मैंने यह कैसे किया और इसके बारे में क्या आया। मेरा तीन गुना महाकाव्य 2004 के अंत में शुरू हुआ, जब रेट्रोफेड कंप्यूटर और घर-निर्मित इलेक्ट्रॉनिक्स प्रेमियों के मेरे मंच पर nedoPCएक संतुलित टर्नरी नंबर प्रणाली और इसके आधार पर नए कंप्यूटरों के निर्माण की संभावना पर चर्चा शुरू हुई। तब मंच के उपयोगकर्ताओं ने नेटवर्क पर इस विषय पर सामग्रियों की खोज शुरू की और कई लोगों ने अपने आश्चर्य से सीखा कि टर्नरी कंप्यूटर बहुत लंबे समय से विकसित किए गए थे और यहां तक ​​कि बड़े पैमाने पर उत्पादित किए गए थे - विशेष रूप से, सेटुन टर्नरी कंप्यूटर, जिसे 1959 से निर्मित किया गया था, इसे निकोलाई पेत्रोविच ब्रुसेन्टोव द्वारा डिज़ाइन किया गया था और समान विचारधारा वाले लोगों का एक समूह। मॉस्को स्टेट यूनिवर्सिटी के कंप्यूटिंग केंद्र में और पूरे देश में काफी व्यापक था।

यह समझना महत्वपूर्ण है कि टर्नरी संख्या प्रणाली से हमारा मुख्य रूप से मतलब है "संतुलित" ट्रिपल (संतुलित टर्नरी), जहां तीन राज्यों -1.0, + 1 का उपयोग किया जाता है (और 0.1.2 पर बिल्कुल नहीं जैसा कि कई लोग सोच सकते हैं)। और इसलिए हमने मंच पर उपलब्ध घटकों से टर्नरी तत्वों के निर्माण के लिए विभिन्न विकल्पों की कोशिश करना शुरू कर दिया - हमने तुलना करने की कोशिश की (डायोड के साथ):



द्विध्रुवी ट्रांजिस्टर (जेनर डायोड के साथ):



ऑप्टोकॉप्लर्स (ट्रांजिस्टर के साथ):



और अंत में एनालॉग कुंजी :



जिस तरह से मुझे कुछ संकर मिला - उदाहरण के लिए, तुलनित्र, डायोड और सीएमओएस कुंजी:



या द्विध्रुवी ट्रांजिस्टर, ऑप्टोकॉपलर और सीएमओएस कुंजी:



(और 2011 में मैंने एक वीडियो भी अपलोड किया थाइस तरह के संकर काम पर बनाया गया पूर्ण ट्रिपल योजक :)

लेकिन सादगी के संदर्भ में (2 माइक्रोक्रेसीपेट्स, 4 कैपेसिटर, संपर्कों की एक कंघी) और गति (2.5 मेगाहर्ट्ज तक), DG403 सर्किट अन्य सभी विकल्पों को पार कर गया - नवंबर 2010 में मैंने TRIMUX बनाया - एक दोहरी टर्नरी चयनकर्ता (बहुसंकेतक / जनवादी):



इसके बादhaqreuसतह माउंट घटकों पर इस रूमाल का अपना संस्करण बनाया और उन पर TRIADOR टर्नरी कंप्यूटर का निर्माण शुरू किया (जिसकी वास्तुकला nedoPC मंच पर चर्चा में भी पैदा हुई थी ) - अधिक जानकारी के लिए यहां देखें ।

इसलिए - 2015 तक, मुझे दृढ़ विश्वास था कि टर्नरी सर्किटरी का आधार टर्नरी चयनकर्ता होना चाहिए, जिस पर हर कोई निर्माण कर सके। लेकिन कुछ कम उपयोगी पाने के लिए, आपको सैकड़ों टर्नरी चयनकर्ताओं की आवश्यकता है। मैं सैकड़ों ट्रिम्यूज़र्स को मिलाप नहीं करना चाहता था, लेकिन मैं अपना खुद का टर्नरी माइक्रोकिरिट बनाना चाहता था - लेकिन कैसे? FPGA एक विधि नहीं है - सब कुछ अंदर बाइनरी है (बाइनरी की एक जोड़ी के साथ एक टर्नरी सिग्नल पेश करना उबाऊ और निर्बाध है)। यदि आप एक वास्तविक चिप बनाते हैं, तो केवल सामान्य सीएमओएस प्रक्रिया तकनीक उपलब्ध है, जिस पर पिछले कुछ दशकों में लगभग सब कुछ किया गया है (केवल ट्रांजिस्टर के आकार बदलते हैं - वे छोटे और छोटे हो जाते हैं):



एक वाणिज्यिक चिप विकास उत्पाद खरीदना अवास्तविक (बहुत महंगा) था, इसलिए मैं। मिला मैजिक वीएलएसआई ओपन सोर्स पैकेज(लिनक्स और विंडोज के लिए असेंबली हैं), जिसके लिए नियम फाइलें हैं, उदाहरण के लिए, CMOS 0.5um प्रक्रिया प्रौद्योगिकी के अनुसार, जिस पर उस समय अमेरिकी कंपनी MOSIS , दक्षिणी कैलिफोर्निया विश्वविद्यालय में काम कर रही थी, आदेश ले रही थी, और उन्होंने उन पर ध्यान केंद्रित किया, जिससे यूएसए में एक आधिकारिक व्यवसाय बना। चूंकि MOSIS निजी व्यक्तियों के साथ काम नहीं करता है (वास्तव में, मैंने अभी भी एक यूरोपीय कंपनी में जाने की कोशिश की थी, जो एक सिलिकॉन वेफर पर विभिन्न डिजाइनों को भी इकट्ठा करता है, लेकिन अंत में उन्होंने मेरे साथ काम करने से इनकार कर दिया)।

प्रयोगों के लिए, मैंने सबसे पहले मुफ्त सिम्युलेटर LTspiceIV लिया (यह एक विंडोज़ प्रोग्राम है जो लिनक्स पर वाइन के तहत बहुत अच्छा काम करता है)। और मैंने वहां सामान्य (बाइनरी) सीएमओएस सर्किट का निर्माण शुरू किया और वास्तविक पीएमओएस और एनएमओएस ट्रांजिस्टर के स्पाइस मॉडल पर उनका परीक्षण किया (ऐसे मॉडल इंटरनेट पर चलते हैं और अक्सर अमेरिकी विश्वविद्यालयों के वीएलएसआई पाठ्यक्रमों में ऑनलाइन मैनुअल में पाए जा सकते हैं):





मैंने देखा है कि तर्क गेट के इनपुट कैसे जुड़े हैं, इसके आधार पर, इसके संचालन की सीमा को स्थानांतरित कर दिया गया है:



यह पता चला है कि यदि आप 3-इनपुट नंद ब्लॉक लेते हैं (जिसके लिए प्रतिक्रिया थ्रेशोल्ड दाईं ओर शिफ्ट हो सकता है) और 3-इनपुट एनआर ब्लॉक (जिसके लिए प्रतिक्रिया थ्रेशोल्ड बाईं ओर शिफ्ट हो सकता है) और एक निश्चित तरीके से उनके इनपुट को जमीन या शक्ति से कनेक्ट करते हैं, तो आप ऑपरेशन थ्रेसहोल्ड प्राप्त कर सकते हैं। ताकि इनपुट पर एक मध्यवर्ती वोल्टेज का पता लगाने के लिए - एक नियमित तर्क संकेत प्राप्त करने के बाद, हम इसे (और इसके उलटा) एक सीएमओएस कुंजी पर भेज सकते हैं जो इसके माध्यम से जाने वाले एनालॉग सिग्नल को चालू या बंद कर सकता है (और यह कुंजी दोनों तरीकों से काम करती है):



परिणामस्वरूप मुझे ऐसा सर्किट मिला, जिसमें कई ट्रिगर थ्रेसहोल्ड हैं:



इस सर्किट में एक नियंत्रण इनपुट एस होता है, जो जमीन से जुड़ा होता है, एक मध्यवर्ती वोल्टेज या शक्ति, सामान्य सिग्नल सी को संपर्कों एन (नकारात्मक), ओ (मध्यवर्ती) या पी (सकारात्मक) से जोड़ता है, क्रमशः - इस मामले में हम मध्यवर्ती वोल्टेज वोल्टेज को सिग्नल शून्य मानते हैं। , क्रमशः, माइक्रोकिरिच की जमीन -2.5 वी है, और शक्ति + 2.5 वी है। कार्य क्षेत्र के दौरान, 2 छेद होते हैं जो यादृच्छिक शॉर्ट सर्किट को असंभव बनाते हैं यदि पड़ोसी कुंजी अचानक उसी समय चालू हो जाती है जब सक्रिय क्षेत्र ट्रिगर होते हैं (आखिरकार, टर्नरी चयनकर्ता के इनपुट जमीन से या सीधे बिजली की आपूर्ति से जुड़े हो सकते हैं) क्योंकि इन सीमाओं को "छेद" द्वारा बनाया गया है:



अद्भुत मैजिक वीडियो ट्यूटोरियल ( यहां और यहां) का उपयोग करना) मैंने ट्रांजिस्टर बनाना शुरू कर दिया - ताकि रिस्पांस थ्रेशोल्ड बिल्कुल बीच में हो, ऊपरी ट्रांजिस्टर (पीएमओएस) का आकार निचले ट्रांजिस्टर (एनएमओएस) के आकार से लगभग 2 गुना होना चाहिए:



मैजिक आपको लाइब्रेरी में ड्रॉ को बचाने की अनुमति देता है और फिर आपको सहेजे गए लाइब्रेरी घटकों से अधिक जटिल सर्किट बनाने की अनुमति देता है। धातुकरण की परतों के साथ ब्लॉकों को जोड़ना (जिनमें से इस प्रक्रिया में 3 थे):



प्रक्रिया के नियम आपको पूरे सर्किट के पूरे स्पाइस मॉडल को बाहर निकालने की अनुमति देते हैं और फिर इस मॉडल को एनकैप्सिस में खोला जा सकता है (मानक डेबियन लिनक्स पैकेजों के बीच उदाहरण के लिए मौजूद स्पाइस सिम्युलेटर)।

अपनी लाइब्रेरी पर काम करने की प्रक्रिया में, मैं कुछ राज्यों और विभिन्न राज्यों के नागरिकों से मिलकर एक इच्छुक समूह का पता लगाने में कामयाब रहा, जो उत्पादन की आधी राशि (न्यूनतम लॉट 40 क्रिस्टल) के बदले में कुछ टर्नरी और चतुर्धातुक योजनाओं के लिए मदद करने के लिए सहमत हुए - परिणामस्वरूप, क्रिस्टल के ऊपरी आधे हिस्से पर कुछ लोगों ने कब्जा कर लिया था। मुझे शायद चीजों के बारे में बात करने का कोई अधिकार नहीं है, और निचले एक के पास 16 बुनियादी सर्किट (बाईं ओर) और स्वयं (दाहिनी ओर) त्रिगुट चयनकर्ता के चयनात्मक परीक्षण के लिए एक मॉड्यूल था:



कुल मिलाकर, इस डिज़ाइन में लगभग 1,500 ट्रांजिस्टर थे जो 2.2x2.2 मिमी की चिप पर स्थित थे, जिसमें 40 पैड (प्रत्येक तरफ 10) आकार में 100x100um थे, और सभी ट्रांजिस्टर, पैड और सिग्नल मैन्युअल रूप से मेरे द्वारा स्क्रैच से पेंट किए गए थे और मैं निश्चित रूप से, मुझे वर्ष का संकेत देने वाले एक ही टर्नरी चयनकर्ता के तहत क्रिस्टल पर अपना उपनाम लिखने का अवसर याद नहीं आया :)



अपने छोटे नाम को "छोटे दायरे" में देखना हमेशा अच्छा लगता है, अपने आप को एक लेफ्टी के रूप में पेश करते हुए, एक पिस्सू को हिलाते हुए;)



जून 2015 में उत्पादन के लिए डिज़ाइन सौंपने के बाद, मुझे तैयार सिलिकॉन मिला। क्रिस्टल और 8 चिप्स केवल अक्टूबर में DIP40 में पैक किए गए:



यह सुनिश्चित करने के बाद कि microcircuit पूरी तरह से काम करता है, मैंने शेष सिलिकॉन क्रिस्टल (उन्हें वापस भेजते हुए) को DIP28 (बच्चों को उनका हिस्सा देने के लिए) और SOIC16 के मामलों में जोड़ा जहाँ केवल टर्नरी सिलेक्शन स्टिक के संकेत हैं (इसकी लागत कई हज़ार अधिक है):



विस्तृत परीक्षण के लिए, मैंने मैंने इन साबुनों के लिए एक रूमाल का आदेश दिया, वहां एक माइक्रोक्रिस्केट को टांका लगाने का:



और कंप्यूटर पर एक डिजिटल आस्टसीलस्कप-उपसर्ग के साथ आस्टसीलोग्राम्स लिया - चयनकर्ता त्रिगुटीय बफर मोड में जुड़ा हुआ है:



और टर्नरी इनवर्टर मोड में:



यहां शक्ति -5 वी ... + 5 वी (सामान्य वोल्टेज से थोड़ा अधिक) जमीन के बीच 5V और CMOS 0.5um के लिए अनुशंसित बिजली की आपूर्ति) और यह देखा जा सकता है कि स्लैंग की दहलीज बंद हो गई है, लेकिन सामान्य तौर पर औसत वोल्टेज पूरी तरह से निर्धारित होता है। इन चिप्स के साथ एकमात्र समस्या हैवे केवल 10 किलोहर्ट्ज़ तक की आवृत्तियों पर काम करते हैं :(

इन माइक्रोक्रिस्केट्स की खराब गतिशील विशेषताओं के बारे में मेरी धारणा यह है कि मैंने निर्माता की विशेष आवश्यकता को स्वतंत्र रूप से पूरा करने की कोशिश की - उन्होंने मांग की कि चिप पर सभी खाली स्थानों को धातु की परतों के साथ ब्लॉक से भरा जाए, आदि। चूंकि उनकी अनुपस्थिति क्षतिग्रस्त हो सकती है, जब एक ही प्लेट पर स्थित पड़ोसी डिजाइनों द्वारा नक़्क़ाशी की जाती है, जिसके परिणामस्वरूप मुझे अपने स्वयं के ब्लॉक फिलर का आविष्कार करना पड़ा:



जिसने क्रिस्टल पर सभी मुक्त स्पॉट भरे:



और ऐसा लगता है कि मैं इसे जमीन से जोड़ना भूल गया, नतीजतन, आवारा कैपेसिटर के ढेर क्रिस्टल पर लटका दिए गए, सभी उच्च आवृत्तियों को खा गए। अगली बार जब मैं इस त्रुटि से बचने की कोशिश करूंगा, या शायद मैं काम के लिए एक वाणिज्यिक उत्पाद ले लूँगा और इसके पुस्तकालयों का उपयोग करूंगा, क्योंकि मेरे चयनकर्ता टर्नरी संकेतों के साथ काम करते समय मानक द्विआधारी घटकों से बने हो सकते हैं। यह संभव हो सकता है कि फिर से लोगों के एक इच्छुक समूह को खोजने के लिए जो अगले बैच की लागत को साझा करने के लिए सहमत हों (उदाहरण के लिए, पिछले बैच के एक चिप की कीमत लगभग तीन सौ रुपये होगी)। मैं सम्मानित खबरों से राय और टिप्पणियों की प्रतीक्षा कर रहा हूं :)