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NEC µPD7220A

µPD7220A

Der NEC µPD7220 ist ein Grafikprozessor, der ein Display mit einer Auflösung von bis zu 1024 x 1024 Pixeln mit bis zu 16 Farben bedienen kann. Der µPD7720 war 1982 der weltweit erste Grafikprozessor. Der hier vorliegende, überarbeitete µPD7220A kam 1983 auf den Markt. Neben kleineren Änderungen kann der µPD7220 mit höheren Taktfrequenzen betrieben werden. Verfügbar waren die drei Varianten µPD7220AD, µPD7220AD-1 und µPD7220AD-2, die Taktfrequenzen von 6MHz, 7Mhz und 8MHz erlauben. Höchstwahrscheinlich handelt es sich bei den Varianten um Sortierungen. Dazu passt, dass der Index -2 nicht auf dem Metalldeckel, sondern auf dem Keramikgehäuse aufgebracht wurde.

 

µPD7220A Blockschaltbild

Das Datenblatt zeigt die Computerarchitektur, in die der µPD7220 üblicherweise eingebettet ist.

 

µPD7220A Blockschaltbild

Das Datenblatt enthält außerdem ein Blockschaltbild des µPD7220. Neben den zu erwartenden Funktionsblöcken wurde auch die Auswertung eines sogenannten Light-Pens integriert. Dabei handelt es sich um einen Stift mit einem integrierten Fototransistor, der auf einen Röhrenbildschirm aufgelegt wird. Passiert der Elektronenstrahl diesen Punkt, so wird der Fototransistor leitend und der Grafikprozessor kann an das Computersystem zurückmelden, wo der Anwender den Stift platziert hat.

 

µPD7220A Aufbau

Der Deckel scheint auf dem Keramikgehäuse aufgeschweißt worden zu sein, da es sich auch mit hohen Temperaturen nicht entfernen lässt.

 

µPD7220A Die

Die Abmessungen des Dies betragen 4,3mm x 4,2mm. Laut Datenblatt wurde der µPD7220 mit einem NMOS-Prozess gefertigt.

 

µPD7220 Die IEEE

Im Rahmen der IEEE International Solid-State Circuits Conference 1981 wurde der µPD7220 unter dem Titel "A Single-Chip Graphic Display Controller" vorgestellt. In den zugehörigen Unterlagen findet sich das obige Abbild des µPD7220. Der grundsätzliche Aufbau hat sich zum µPD7220A kaum geändert. Die minimalen Strukturbreiten konnten aber merklich reduziert werden. Das zeigt sich bei den Bondpads, die beim µPD7220 merklich kleiner erscheinen. Tatsächlich findet sich in den Konferenzunterlagen die Größenangabe 7mm x 7mm. Zum Einsatz kamen demnach mehr als 13.000 Transistoren.

 

µPD7220 Blockschaltbild IEEE

In den Unterlagen der IEEE-Vorstellung findet sich auch eine Grafik, die zeigt an welcher Stelle des Dies welche Funktionsblöcke integriert sind.

 

µPD7220A Die Detail

µPD7220A Die Detail

Das Design des vorliegenden µPD7220A wurde im Jahr 1983 entwickelt.

 

µPD7220A Die Detail

Die Buchstaben HGDC könnten für die Entwickler des Bausteins stehen.

 

µPD7220A Die Detail

In der Mitte des Dies befindet sich ein Element in einer Freifläche, das sich nicht sauber auflösen lässt.

 

µPD7220A Die Detail

µPD7220A Die Detail

µPD7220A Die Detail

µPD7220A Die Detail

µPD7220A Die Detail

Am Rand des Dies sind diverse Teststrukturen integriert, die es ermöglichen den Fertigungsprozess optisch und elektrisch zu überwachen.

 

µPD7220A Die Bondpads

Die Bondpads sind durchnummeriert.

 

µPD7220A Die CLK

Neben dem Eingang für den Arbeitstakt befinden sich sehr große Transistoren, die höchstwahrscheinlich das Taktsignal aufbereiten und puffern.

 

µPD7220A Die CLK

Auf den Takteingang folgen mehrere Steuerausgänge mit entsprechend großen Strukturen.

 

µPD7220A Die Input

Eingänge sind mit den üblichen Schutzstrukturen ausgestattet.

 

µPD7220A Die I/O

Die I/O-Pins der Prozessor-Bus-Schnittstelle sind mit einer eigenen, abgesetzten Masseanbindung ausgestattet, die über zwei Bonddrähte mit dem Massepotential des Gehäuses verbunden ist. Auf den Bildern des obigen IEEE-Artikels kann man erkennen, dass diese Trennung der Massepotentiale im Vorgänger µPD7220 noch nicht vorhanden war.

 

µPD7220A Die GND

Obwohl teilweise exklusive Masseanbindungen realisiert wurden, dienen drei Bonddrähte dazu das Die und die Kernbereiche des Prozessors mit dem Massepotential zu verbinden.

 

µPD7220A Die I/O

Die Schnittstelle zum Grafikspeicher besitzt wie die Prozessorschnittstelle eine exklusive Masseanbindung über zwei Bonddrähte in der oberen rechten Ecke.

 

µPD7220A Die Vcc

Für die Anbindung der Versorgung waren zwei Bonddrähte ausreichend.

 

µPD7220A Detail

In der unteren rechten Ecke ist der Parameter-RAM und der FIFO-Puffer deutlich zu erkennen. Der untere FIFO-Puffer ist etwas größer (16x9) als der obere Parameter-RAM (16x8). Der linke Block stellt den ROM dar, der die Steuerbefehle enthält. Da eine ROM-Zelle sehr viel weniger komplex ist als eine RAM-Zelle, belegt der Steuerungs-ROM trotz seiner Größe von 128x14 nur verhältnismäßig wenig Fläche.

 

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