Требования, предъявляемые к Функциональной схеме

Требования, предъявляемые к
Функциональной схеме
Содержание
ТРЕБОВАНИЯ, ПРЕДЪЯВЛЯЕМЫЕ К ОСНОВНОЙ ФУНКЦИОНАЛЬНОЙ
СХЕМЕ УРОВНЯ PCB..............................................................................................2
ФУНКЦИОНАЛЬНЫЕ СХЕМЫ (РИСУНКИ).....................................................................2
Функциональные схемы блоков...........................................................................2
Предварительная топология..............................................................................2
Временные диаграммы, стыковка уровней........................................................3
МОДЕЛИРОВАНИЕ И СИНТЕЗ ......................................................................................3
Моделирование цифровых линий.........................................................................3
Моделирование и синтез элементов аналогового тракта................................3
ПЕРЕЧЕНЬ ЭЛЕМЕНТОВ..............................................................................................3
ОПИСАНИЕ ПРИНЦИПОВ РАБОТЫ УСТРОЙСТВА ..........................................................4
Процедура входа в штатный режим работы, конфигурационная загрузка ....4
Система тактовой синхронизации, взаимодействие элементов в схеме,
режимы работы.................................................................................................4
Интерфейсы, назначение линий, передача данных............................................5
Назначение внешних органов управления и индикации ......................................5
РАСЧЕТ ХАРАКТЕРИСТИК И ВЫБОР ПАРАМЕТРОВ СХЕМЫ ...........................................5
Расчет общих требований .................................................................................5
Энергопотребление.................................................................................................... 5
Температурный анализ............................................................................................... 6
Длины линий.............................................................................................................. 6
Дополнительные требования ..................................................................................... 6
Расчет элементов цифрового тракта ..............................................................6
Модель ...................................................................................................................... . 6
Шумы......................................................................................................................... 7
Устойчивость ............................................................................................................. 7
Передаточные характеристики .................................................................................. 7
Параметрический анализ............................................................................................ 7
Результаты......................................................................................................... ......... 7
Расчет элементов аналогового тракта............................................................7
Модель ...................................................................................................................... . 7
Нелинейности............................................................................................................. 7
Шумы......................................................................................................................... 7
Передаточные характеристики .................................................................................. 7
Устойчивость ............................................................................................................. 8
Параметрический анализ............................................................................................ 8
Результаты.................................................................................................................. 8
Требования, предъявляемые к основной
функциональной схеме уровня PCB
Функциональная схема должна быть выполнена в формате MS Visio.
На рисунке должны быть обозначены:
• основные элементы (блоки, микросхемы, индикация,
управление). Для микросхем должно быть указано название (с
учетом корпуса), напряжения питания и потребляемые токи,
сверху можно также указать ее назначение;
• основные выводы микросхем (кроме земли, питания, NC);
• основные линии (сигналы) и шины. Линии должны быть
поименованы и, по возможности, соответствовать тем
названиям, которые будут приведены в СхЭ;
• для динамических линий и линий тактовой синхронизации
должен быть указан тип согласования;
• внешние интерфейсы с указанием названий линий, разъемов и
расположением выводов;
• перечень основных элементов с краткими комментариями (на
том же листе, что и указанные элементы);
• на последнем листе должны быть приведены используемые
типы согласований (схемы согласования и значения
номиналов) и соответствующая им физическая структура
линии (ширина и толщина проводника, толщина диэлектрика,
диэлектрическая проницаемость и т.д.)
Назначение рисунка функциональной схемы (совместно с описанием) заключается в
формировании принципов работы устройства и особенностей его реализации.
Предварительная топология
Рисунок предварительной топологии (предварительного размещения
элементов на ПП) должен быть выполнен в формате MS Visio или
AutoCAD.
На рисунке должны быть обозначены:
• основные элементы, отраженные в функциональной схеме
(особенно большого размера). Для элементов должно быть
указано название;
• контур печатной платы, отверстия;
• основные размеры (если масштаб не 1:1)
Предварительная топология служит для проверки возможности размещения схемы в
указанном корпусе.
Временные диаграммы, стыковка уровней
Рисунок с временными диаграммами должен быть выполнен в
формате MS Visio.
На рисунке должны быть обозначены:
• заголовок;
• схема передачи данных;
• таблица задержек;
• временная диаграмма;
• таблица стыковки уровней.
Временные диаграммы требуются для проверки выполнения условий приема/передачи
данных (thold, tsetup). Стыковка требуется для проверки соответствия выходных уровней
входным.
Моделирование и синтез
Моделирование цифровых линий
Моделирование цифровых линий должно быть выполнено при
помощи любой программы, поддерживающей IBIS модели, начиная с
v.3, например, Signal Explorer или HSpice. Кроме файлов
моделирования следует представить результаты в формате Acrobat
Reader.
В результаты должны входить:
• изображение схемы передачи и ее параметров;
• формы сигнала для трех задержек (min, typ, max);
• входные уровни.
Моделирование переключения цифровых линий требуется для формирования схемы
согласования и требованиям к длинам линий.
Моделирование и синтез элементов аналогового тракта
Заранее определенных требований к моделированию аналоговых
элементов нет. Вид и цели моделирования определяются исходя из
конкретных требований к разрабатываемому устройству.
Перечень элементов
Перечень элементов должен быть выполнен в формате MS Excel.
Таблица должна иметь следующие поля:
• Part Number – название с учетом корпуса;
• Qty – количество данных элементов в схеме;
• Cost – ориентировочная стоимость у указанного ниже
дистрибьютора (желательно при различных партиях);
• Manufacturer – производитель;
• Mfr. URL – адрес производителя;
• Distributor – продавец;
• Dist. URL – адрес продавца;
• Description – краткое описание элемента.
Назначение перечня элементов заключается в предварительной оценке стоимости устройства
и доступности компонентов, входящих в его состав.
Описание принципов работы устройства
Описание является приложением к рисунку функциональной схемы и должно быть
выполнено в формате MS Word.
Процедура входа в штатный режим работы,
конфигурационная загрузка
Описание должно содержать последовательность действий при
включении питания, сброса и т.д. Если используются мс. FPGA, то
необходимо пояснить процесс конфигурационной загрузки (если он
не является стандартным).
Назначение данного пункта заключается в формировании принципов инициализации
устройства и особенностей ее реализации. Это необходимо, т.к. часто основное внимание
уделяется нормальному режиму работы и мало процедуре инициализации, что может
привести к неисправимым на уровне ПП ошибкам.
Система тактовой синхронизации, взаимодействие
элементов в схеме, режимы работы
Данный пункт включает в себя:
• описание системы тактовой синхронизации, распределение линий синхронизации с
указанием типов буферизации (fanout, PLL);
• описание элементов пересинхронизации (если используются) и взаимодействия элементов;
• пояснение выбора схемы синхронизации, ее качественные характеристики.
Назначение описания системы тактовой синхронизации заключается в формировании
принципов взаимодействия цифровых элементов схемы.
Интерфейсы, назначение линий, передача данных
Данный пункт включает в себя:
• описание внешних и, возможно, внутренних интерфейсов
взаимодействия и передачи данных;
• назначение линий, участвующих в передаче данных,
управлении;
• принципы передачи данных и управления (стробы, адресация,
команды).
Описание интерфейсов служит более четкому представлению принципов управления
устройством и передачи данных.
Назначение внешних органов управления и индикации
Данный пункт включает в себя:
• описание внешних органов управления (переключателей,
регуляторов, кнопок и т.д.);
• описание индикации (светодиодов, дисплеев и т.д.)
Описание внешних органов управления и индикации характеризует функциональность
устройства с точки зрения пользователя.
Расчет характеристик и выбор параметров схемы
Расчет общих требований
Энергопотребление
Данный пункт представляет собой таблицу, выполненную в формате
MS Excel. Таблица должна иметь следующий вид:
Т.е. по горизонтали отмечены все напряжения питания, по вертикали элементы, а в самих
ячейках находятся значения токов потребления.
Таблица, отражающая энергопотребление, необходима для расчета элементов цепей питания.
Температурный анализ
Температурный анализ заключается в определении температуры соединения (Junction
Temperature) микросхем с большим потреблением.
Расчет включает в себя:
• построение модели распределения тепла;
• расчет элементов этой модели (т.е. термических
сопротивлений);
• расчет температуры полупроводниковых соединений внутри
микросхем и сравнение с допустимой температурой,
указанной в документации.
Температурный анализ необходим для проверки работоспособности устройства в реальных
температурных условиях.
Длины линий
Данный пункт представляет собой перечень линий (сигналов) с указанием накладываемых на
них требований по трассировке.
Требования могут иметь следующий вид:
• длина не более указанной;
• длина не менее указанной;
• выравнивание с другой линией.
Требования к длинам линий формируются из данных соответствующих временных диаграмм
и обеспечивают необходимые условия для корректной передачи сигналов.
Дополнительные требования
Дополнительные требования включают в себя ограничения на размещение микросхем и
другие ограничения, не вошедшие в перечисленные выше пункты.
Расчет элементов цифрового тракта Методика расчета определяется конкретными
требованиями, предъявляемыми к устройству, и его типом. Некоторые из указанных ниже
пунктов для конкретного устройства могут отсутствовать. Во
всяком случае, при разработке о них следует помнить.
Модель
Построение математической модели тракта является первым шагом
для дальнейшего исследования характеристик. На этом этапе следует
определить, какие именно факторы будут учитываться при расчетах.
Шумы
Следует определить основные значимые источники шума и их характеристики.
Устойчивость
Вопросы устойчивости имеют значение при проектировании цифровых элементов с
обратными связями. Например, БИХ фильтры, АРУ и пр.
Передаточные характеристики
Передаточные характеристики имеют значение, если используется цифровая фильтрация.
Параметрический анализ
Для оптимизации параметров устройства в некоторых случаях используется параметрический
анализ. Для этого необходимо выделить варьируемые параметры и целевую функцию.
Результаты
В конце расчета должны быть приведены окончательные результаты, в соответствии с
которыми определяются конкретные детали реализации схемы.
Расчет элементов аналогового тракта
Нелинейности
Следует рассмотреть два вида нелинейных искажений:
• существенные НИ, которые определяют допустимые уровни
сигнала на входе и выходе каждого элемента в зависимости от
управляющих сигналов и прочих условий;
• несущественные НИ, которые определяют уровни
интермодуляции второго и третьего порядка.
Шумы
В общем случае следует рассмотреть следующие источники шумов,
выделив наиболее значимые из них:
• тепловой шум;
• собственные шумы источников сигнала;
• шумы по питанию и опорных источников;
• фазовые шумы (для конверторов и смесителей);
• шумы квантования (для АЦП).
Передаточные характеристики
В целом передаточные характеристики описываются S- параметрами,
в основном используемыми при моделировании. Однако, конечными
параметрами, отражающими характеристики тракта, служат
следующие:
• АЧХ;
• ГВЗ;
• Неравномерность (в указанной полосе);
• КСВ (для указанных частот);
Устойчивость
Как и для цифровой части, вопросы устойчивости имеют значение при проектировании
элементов с обратными связями. Например, элементы PLL, АРУ и пр.
Параметрический анализ
Методы проведения параметрического анализа для аналогового тракта в целом те же, что и
для цифрового. Определение целевой функции диктуется конкретными требованиями,
приведенными в техническом задании. Обычно это увеличение динамического диапазона,
соотношения сигнал/шум и т.д.
В целом, проектировать устройство следует таким образом, чтобы ограничивающие целевую
функцию факторы были распределены по всему тракту, а не определялись бы каким-то
одним элементом.
Результаты
В конце расчета должны быть приведены окончательные результаты, в соответствии с
которыми определяются конкретные детали реализации схемы (номиналы, уровни, схемы и
пр.)