Der CM633 (SM633) 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.
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 inklusive des komplementären Signals 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, oftmals indem an gewissen Stellen Durchkontaktierungen gesetzt werden oder nicht.
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 inklusive des komplementären Signals zurück in das Array geführt.
Das im Package enthaltene Die besaß eine Schutzschicht, wie sie unter anderem beim CM631 - SM631 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.
Die im 16R8-Datenblatt dargestellten Funktionsblöcke finden sich zum Großteil auf dem SM633 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.
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.
Die aktiven Knoten innerhalb des Arrays bestehen nicht nur aus einfachen elektrischen Verbindungen. In jedem Knoten arbeitet einen MOSFETs. Das Bild ist im Vergleich zu den oberen Bildern 90° nach rechts gedreht. Rechts sorgen die Pull-Up-Strukturen dafür, dass jede horizontal verlaufende Metallleitung initial ein positives Potential führt (rot). Die senkrecht verlaufenden lila Streifen führen das Massepotential. Rechts und links von diesen Streifen befinden sich Polysiliziumleitungen. Diese Polysiliziumleitungen stellen Gate-Elektroden dar und bilden so bei jedem Knoten einen MOSFET. An der unteren Kante sind die Treiber integriert, die das Steuersignal und das zugehörige, komplementäre Steuersignal in die Matrix schicken (grün). Überall wo bei den Knoten Durchkontaktierungen eingebracht wurden, kann ein Steuersignal das Potential der waagerechten Metallleitung auf das Massepotential ziehen (gelb/blau).
Die große ODER-Verknüpfungen, die man im Blockschaltbild des Datenblatts sieht, befinden sich tatsächlich innerhalb der Matrix. Die Transistoren in den Knoten verhalten sich wie ein solches Gatter, allerdings inklusive einer Negierung. Die Matrix bildet mehrere große NOR-Gatter ab. Alternativ zu einer ODER-Matrix kann man einen solchen Logikbaustein auch mit einer UND-Matrix aufbauen.
