תכנון אמין לזמן ארוך

מידה בדרישות תכן המערכת מכתיבה את בחירת הרכיבים. מצד אחד יש לבחור רכיבים המותאמים לתנאי הסביבה (טמפרטורה, לחות), לתנאי רגולציה
(EMI, RoHS, UL ועוד) לביצועים חשמליים וכמו כן, יש להתחשב בכלי סימולציה מתאימים. מצד שני, יש לבחור רכיבים בעלי אורך חיים ארוך, זמני אספקה קצרים, מינימום רכיבים סביבתיים ושירות אמין לאורך זמן. בכתבה נתאר את סוגי ההליכים הקיימים בליניאר המספקים מענה למתכננים לבחירת רכיבים המותאמים לכלל דרישות אלו, הן לתנאי מערכת נוקשים והן לזמני אספקה ושירות אמינים לאורך זמן.

תמיכה באריזות ותנאי טמפרטורה
עלות כשל במערכת הוא גבוה פי כמה מונים מעלות הרכיבים. כשל גורם לתכנון מחדש, עיכוב בזמן מסירת פרויקט, אי עמידה בלו”ז, פרסום שלילי, בעיות משפטיות ומושווה לבזבוז כסף ורווח עתידי. כשל ברכיבים נוצר עקב שתי סיבות עיקריות: בעיות הקשורות בסיליקון, כגון חשיפה לטמפרטורה או מתח מעבר ליכולות הסיליקון או בעיות ייצוריות בסיליקון עצמו, או בעיות הקשורות לאריזת הרכיבים כגון לחצים תרמיים, מכאניים או לחות היכולה לגרום לקורוזיה.
איכות טיב ומהימנות הם שני סטנדרטים המשמשים את החברה ליצור רכיבים אמינים לזמן ארוך.
איכות הטיב מגדירה את האמינות בטווח הקצר, כך שאין כשל בזמן הייצור. מהימנות מגדירה את שחיקת הרכיבים לאורך זמן. לחברה תהליכי בקרת טיב ומהימנות מהטובים המבטיחים מוצרים ללא פגמים וכמו כן, מהימנים לביצועים המוגדרים בדפי הנתונים. בנוסף, זמני האספקה והשירות הינם מהקצרים ביותר הקיימים בשוק. כדוגמה, ה-LT1013 הוא מגבר מדויק פופולארי, אשר בדף הנתונים שלו מצוין מתח היסט הכניסה ומתח הרעש, כמו כן, דף הנתונים בחברה מציין פרמטרים בנקודה אדומה המבטיח כי אותו פרמטר תקף לכל תחום הטמפרטורה המוגדר. לפרמטרים אלו נערכות בדיקות בכל אצוות ייצור בעוד שרכיבים תחליפיים אשר יוצרו על ידי מתחרים אינם מציינים את הפרמטרים הללו או את בדיקתם.
החברה מבטיחה 100% בדיקת איכות טיב חשמלית לכל הפרמטרים בדפי הנתונים בטמפרטורת חדר, המביאה לתוצאה של אפס אחוז פגמים.
לחברה פתרונות מיוחדים לשוק הצבאי בתצורה של:
Extended Temperature Plastic
() רכיבים שנבדקו 100% בתחום טמפרטורה -55°C to 125°C
Space Qualified Products רכיבים המיועדים לחלל (rad hard)
Military Hermetic () רכיבים ארוזים הרמטית שתומכים בתחום טמפרטורה של -55°C to 125°C
X Grade Products רכיבים שנבדקו 100% בתחום טמפרטורה של עד פתרונות אלו עברו את האישורים הבאים:
QML, JAN, QML-38535 DSCC, (DESC) Drawings references

מהו (Military Plastic)?
מוצרים בעלי הסיומת MP, ממלאים את הדרישות למוצרים בעלי אמינות גבוהה אשר 100% נבדקו בטמפרטורת החדר וכמו כן 100% נבדקו בטווח הטמפרטורות הנע בין -55°C ל-125°C. בין המוצרים הנתמכים בבדיקתיות MP, אפשר למצוא מייצבים לינאריים (חיובים ושליליים), Charge Pumps למתח גבוה, בקרי Buck למתחי כניסה עד 60 וולט ולזרמים עד 50 אמפר, מייצבי Flyback, Forward, מייצבי Buck-Boost ועוד.

בחירת רכיבים למערכות הדורשות ביצועים מקסימאליים
במערכות בהן הבקר מסוג FPGA, CPU או ASIC, ישנה צריכת זרם גבוהה במתח עבודה נמוך. הזרם הגבוה מכתיב בחירה בספקי מתח סינכרוניים שבם רכיב ההספק מייצב את המתח בעזרת שני MOSFET-ים. בזמן Ton הטרנזיסטור העליון מחבר את הכניסה לעומס, אילו הטרנזיסטור העליון היה כושל ומתקצר מסיבה כלשהיא, העומס היה נחשף למתח הכניסה וגורם לכשל קטסטרופלי במערכת, נוסף על כך, יהיה קשה למצוא את הסיבה לכשל המערכתי ואיך לתקנה בעתיד. כמו כן, תיקון המערכת לא יכול להיעשות ללא מעורבות של גורם אנושי. מערכות הנמצאות בתנאי סביבה קשים או מרוחקים, בתהליך תכנון ההספק, יש להגן על עומסים קריטיים כגון FPGA, CPU או ASIC, מכיוון שהינם בעלי ערך גבוה למערכת.
ה-LTM4641 ממשפחת המיקרו מודולים של החברה שונה מכל שאר המייצבים הסינכרוניים הליניאריים הקיימים. הוא מתוכנן לא רק לספק מתח נמוך וזרם גבוה אלא גם להגן על עומסים בעלי ערך גבוה למערכת כגון FPGA-ים, CPU-ים ו-ASIC-ים מכשל תרמי או חשמלי. כפי שמופיע באיור 1, במקרה וב-MTOP קיים כשל, הטרנזיסטור MSP לוקח פיקוד ומנתק את מתח הכניסה, כמו כן הטרנזיסטור MCB מקצר את היציאה לאדמה ומונע כשל בעומס.
ה-LTM4641 נתמך ע”י כלי הסימולציה החינמי של החברה, ה-LTSpice IV.
במקלטים אשר תוכן המידע הרלוונטי נמצא בחלק מסוים של הספקטרום ואין צורך לבצע המרה של כל תחום רוחב תדרי הנייקוויסט, כגון אפליקציות של Radar ומקלטי רדיו צבאיים, ישנו צורך בבחירת ממיר אנלוגי לדיגיטאלי (ADC) היכול לתת ביצועי AC טובים הכוללים SFDR גבוה (הרמוניה שלישית ושניה נמוכים), ריצפת רעש נמוכה, זמן המרה נמוך ודיוק בהמרה. ה-LTC2107 מהחברה הינו ADC בן 16 סיביות ובעל 210 מיליון דגימות לשנייה בעל SFDR בן 98dB בתדרי כניסה של 31 מגה הרץ. זמן ההמרה הוא בן 7 מחזורים בלבד וה-Jitter שמוסיף הממיר עצמו הוא בן 45fs rms. ל-LTC2107 מייצב שעון פנימי, (Programmable Gain Amplifier), הוספת dither להפחתה נוספת של ה-Spur-ים. הרכיב נשלט ע”י SPI ובעל מוצאים של DDR LVDS.
לחברה תוכנה חינמית, קלה לשימוש, התומכת במגוון רכיבי ה-ADC הנקראית Pscope, בשימוש בתוכנה זו ניתן לקבל אינפורמציה מקיפה על ביצועי הממיר. שירותים נוספים שהחברה מספקת בתכנון ה-ADC הוא תכנון מתאים ל-Front End וסקירה של ה-Layout לאחר השלמת התכן.
באפליקציות לתקשורת כגון Base Stations, או לכל ציוד תקשורת מהירה המשתמש ב-FPGA בעל ממשק טורי מהיר של JESD204B וכמו כן ישנו צורך ב-ADC בעל 14 סיביות, שני ערוצים, המסוגל להעביר מידע ל-FPGA בקצבים של 5 ג’יגה הרץ או 6.2 ג’יגה הרץ בתדרי דגימה של 250/310 מיליון דגימות בשנייה, תוך כדי שהרכיב מאפשר SFDR של כ-90dB, זמן המרה של 13.5 מחזורים, חלוקה של תדר שעון פנימי, זרם מוצא של יציאות CML הניתנות לתכנון, אפשרות לתכנון מוצאי תבנית בדיקה ל-JESD204B, החברה יכולה לתמוך בצורך על ידי בחירת רכיבי ה-ADC ה-LTC2123/4, התומכים ב-Subclasses 0,1,2 של ה-JESD204B ל-Deterministic Latency.
מכיוון שישנה דרישה הולכת וגוברת של מידע ממשתמשים סלולאריים, הדור הבא של תחנות בסיס משדרות רוחבי פס של 60 מגה הרץ. בכדי לדאוג כי רוחב פס השידור ממגבר ה-PA, יהיה לינארי ישנו צורך להמיר סדר חמישי של Intermodulation Distortion ולכן יש צורך ברוחב פס גדול בעל הגבר זהה בכל תחום התדרים. מקלט הדואג לשימור התחום הלינארי נקרא מקלט (Digital Pre Distortion).
סכמת הבלוקים של מקלטים לאחר הבלוקים של ה-LNA (דרגה אחת או יותר) ומסנן הכניסה (דרגה אחת או יותר) מורכבים כיום מבלוקים של Mixer-ים (המרה מטה/מעלה) ו-Demodulator-ים של I/Q שלאחר מכן יש שוב לסנן ולהגביר לפני העברת האות למבואות ה-ADC לצורך פיענוח דיגיטאלי ע”י FPGA/DSP.
החברה מספקת פתרון דיסקרטי לבלוקים בסכמה שהזכרנו כאן,
ה-Mixer, ה-DeModulator, ה-ADC Driver,
וה-ADC. החברה יכולה כמו כן לספק פתרון אינטגרטיבי באריזת (15*15 מ”מ) הכולל את ה-Demodulator, ה-ADC Driver וה-ADC, באריזה אחת (כולל Anti-Aliasing Filter). ה-LTM9013 ממשפחת מקלטי המיקרו מודולים, כולל שני ממירי ADC בעלי 14 סיביות בעלי תדרי דגימה של 310MSPS,
VGA (), ו-I/Q Demodulators. ה-LTM9013 יכול לשמש כמקלט DPD מצוין. ל-LTM9013 מסנן מעביר נמוכים בן 300 מגה הרץ ואדווה של פחות מ-1.3dB ב-Passband לכל תחום התדרים. ככל שחוג ה-DPD מהיר יותר מתקבלת ניצולת טובה יותר של ה-PA ומכך צריכת הספק נמוכה יותר.
ל-LTM9013 מחזורי שעון של זמן המרה התורם למהירות חוג ה-DPD. תחום כניסת תדרי ה-RF, 0.7GHz – 4.0GHz.
בכדי לקבל את ביצועי ה-SNR המובטחים בדפי הנתונים מרכיבי ADC ו-DAC יש לבחור רכיבים סביבתיים מתאימים.
ה-SNR מושפע מכמה גורמים עיקריים. הראשון הוא ריצוד (Jitter) מקור תדר שעון הדגימה. ה-Jitter במקור תדר השעון של ADC הוא אקוויוולנטי לרעש בכניסה האנלוגית, עקב הריצוד בתדר השעון הדגימה נלקחת בהפרש בזמן מהמקום בו הייתה אמורה להילקח ומייצרת טעות בגודל מתאים במתח. ככל שתדר הכניסה ל-ADC גבוה יותר האפקט של ריצוד תדר השעון משפיע יותר על ביצועי ה-SNR של ה-ADC. מכיוון שהשגיאה גדולה יותר.
ניתן לראות מאיור 7, ומהנוסחה SNR_jitter = -20log(2πFinTj), כי תדר הכניסה משפיע ישירות על ביצועי ה-SNR, ככל שתדר הכניסה גבוה יותר ישנה השפעה של Slew Rate של ה-ADC שגורמת לירידה בביצועים. מכיוון שתדר הכניסה מוכתב, בכדי לקבל ביצועי SNR גבוהים יותר יש לטפל בצימצום זמן Tjשל מקור תדר השעון לממיר.
בכדי לשמור על זמן Tj קצר ככל האפשר נעשה שימוש ב-PLL-ים. לחברה פתרון של Integer N PLL שיכול להוות מקור תדר שעון מצויין ל-ADC, DAC, SerDes או כל רכיב אחר הדורש מקור תדר שעון מדויק. ה-LTC6950 נתמך ע”י ה-EZSync, שזוהי טכנולוגיה ייחודית לחברה המאפשרת בקלות לרכיב אחד או כמה מהם העובדים יחד מוצאי שעון מסונכרנים. ביצועי Additive Jitter של הרכיב הם
18fsRMS ו- (10Hz to Nyquist).
שאר המקורות לירידה בערכי SNR הינם אות כניסה רועש, שימוש במתח ייחוס ל-ADC רועש. הרכיב נתמך על ידי תוכנת סימולציה חינאמית הנקראת PLL Wizard המאפשרת קבלת כל המידע הרלוונטי בתכנון קו מוצרי ה-PLL של החברה.