שילוב הנחיות תאלמ”ג ו-SIGNAL INTEGRITY בשלבים הראשונים של פרויקט פיתוח (לפני PDR) הינו חשוב ביותר. כתבה זו תעסוק בהנחיות ברמת כרטיסים ותיבה (מערכת) בנושאים הנ”ל תוך שילוב הנדסת אלקטרוניקה מכניקה וזיווד. היענות מרבית לדרישות מבטיחה במידה רבה את העמידה במפרטים המחייבים (EN בציוד אזרחי ו461 בציוד צבאי). שילוב הדרישות בשלב מוקדם קל יותר מאחר ובשלב זה עדיין קימות דרגות חופש של נפח משקל ועלות. מילוי ההנחיות מוסיף במידה רבה גם לשיפור האמינות והפונקציונליות של התוכן אלקטרוני והמכני.
הנחיות אלה מהוות את שיקולי התוכן העיקריים מבחינת תאלמ”ג כשלב מוקדם לפני העריכה הסופית של המעגל. שילוב ההנחיות בשלבים המוקדמים של התכן מהווה ערובה לתוכן מוצלח מבחינת תאלמ”ג. יש לזכור שבפרויקט NG קיימות דרישות מחמירות מבחינת תאלמ”ג שכמותן לא פגשנו בפרויקטים קודמים. לפיכך חלק מההנחיות אינן מוכרות למתכננים מפרויקטים קודמים.
ההנחיות נבחרו ממיגון רחב של הנחיות המופיעות בספרות וחלקם מבוסס על ניסיון קודם רב שנים שהצטבר בתחום תאלמ”ג. בכל מקרה שהתאפשר הדבר ההנחיה מבוססת על ניתוח מוקדם ותוצאת הניתוח מתבטאת במספרים מאפיינים. על המתכנן לבחון את התאמת ההנחיות לכרטיס הספציפי תוך התחשבות באילוצי נפח לו”ז ועלות. במידה וקיימת סטייה מההנחיות או שאין באפשרות המתכנן לשלב את ההנחיה בתכן מכל סיבה שהיא יובא הדבר לידיעת מהנדס התאלמ”ג לבחינת משמעות הסטייה.
רשימת ההנחיות ברמת כרטיס
- קווי I/O המנותבים אל מחוץ לכרטיס ינותבו בשכבה ניפרדת כאשר בשכבה זו לא יועברו קווי שעון או קווי נתונים מסונכרנים לשעונים. בשכבה זו יועברו קווי DC דיסקריטיים ואנלוגים שקטים. המרחק מקווי I/O בעלי רוחב W יהיה 8W לפחות.
- יש להקצות פין אדמה על כל 6 קווי I/O במחברים החיצוניים של הכרטיס.
- בכל כרטיס תהיה שכבת אדמה המחוברת לאשייה דרך הברגים המעגנים את הכרטיס למבנה. שכבת זו תיקרא CGND. שכבת , DGND תמוקם בין שכבת CGND לשכבת מוליכים. שכבת CGND תחובר לאדמת הכרטיס הדיגיטלי –DGND דרך קבלים בשלשות של 1מיקרופרד 10 ננופרד ו1ננופרד. השלשות יפוזרו בהיקף הכרטיס במרחקים של 50 מ”מ זו מזו. שלשה נוספת תמוקם באזור מרכז הכרטיס. שתיים משלשות ההיקף ימוקמו בצמוד למחברים החיצוניים לכרטיס.
- יש למקם שכבת אדמה או מתחים (שכבת ייחוס) מעל או מתחת לשכבת מוליכים שכבת אדמה תפריד בין שכבת מוליכי I/O חיצוניים לשאר השכבות.
- קוים בעלי זמן עלייה קטן מ5 ננושניה לא יחצו פיצול (SPLIT) בשכבת הייחוס הצמודה לקווים אלה.
- אין להעביר קוים בהיקף הכרטיס המרוחקים פחות מ d=3H כאשר H הוא גובה השכבה מעל שכבת הייחוס.
- אותות מהירים עם זמני עליה קטנים מ1 ננושניה יועברו בתצורת STRIPLINE למעט מיקרים בהם המרחק בין קצות הקו אינו עולה על 10 מ”מ.
- קווי שעון מהירים יועברו עם קווי הגנה –GROUND GURDE משני צידי הקו. המרחק בין קוים אלה לקווים אחרים יהיה 3W לפחות כאשר W הוא רוחב הקו.
- קוים דיפרנציאלים מהירים יועברו כמו סעיף 8 הנ”ל.
- ווים בעלי אורך העולה על L=BR/20000 כאשר BR הינו הינו הקצב בMb/s וL אורך במ”מ. האפיצות של L תהיה +-10 מ”מ
- משטחי אדמה ומתח יהיו צמודים זה לזה.
- אין לאפשר סדר שכבות בו משטחי אותות צמודים יהיו גבוהים מ-2 שכבות.
- קבלי נטילת צימוד DECOUPLING-יועברו בהתאם להנחיות היצרן.
- אימפדנס מטרה של מערכת ההזנות לא יעלה על 300 מיליאום.(שיקולי PDM ).
- כל מתנדי השעון יהיו צמודים לדוחף השעון במרחק שלא יעלה על 5 מ”מ.
- כל קווי SINGLE ENDED יועברו באיפדנס אופייני של 50 אום. קווים דיפרנציאליים יועברו באימפדס אופיני של 100 אום. תתאפשר אפיצות של לא יותר מ+-5% .
הנחיות SIGNAL INTEGRITY לפרויקט
- רוחב הסרט של SIRIAL LINK מהיר הוא 2.5X הקצב ב- b/s.החישוב מתבסס על קוד NRZ שבו קו השעון מורכב מ1010101… ובו זמן העלייה מהווה 14% מ-UI.
- ניחות הערוץ שווה ל 0.2 DB/INCH/GHZ עבור קו בעל ההפסדים ו-0.1 db/inch/ MHz עבור קו בעל הפסדים נמוכים. בהנחת מעגל מודפס מ-FR4.
- ריטוטי אדמה (GROUND BOUNCE) באחוזים מוערכים ב-2% per signalper Nh/RT כאשר nH הוא ההשראות ל-INCH השווה ל INCH/5 עבור FR4 50 אום.RT –זמן העלייה של האות.
- כדי לשמור על ערב דיבור (CROSSTALK) בצד הקרוב (צד הדוחף) הנמוך מ-5% -עבור קו לא דיפרנציאלי 50 אום – המרחק בין הקוים צריך להיות לפחות פי 2 מרוב המוליך.
- במקרה של אי רציפות בקיבול הקו (כמו ב-VIA למשל) אי רציפות בקיבול (פמטופרד) גדול מ10 XRT (Ps ) אי הרציפות תשפיע על האות ותעוות אותו. לדוגמה אם זמן העלייה של האות הוא PS 50 אי רציפות קיבול קטנה מ PS 0.5 אי הרציפות לא תהווה בעיה.
- FEXT CROSSTALK (ערב דיבור בקצה הרחוק שווה ל 0.5%XLRT) X).כאשרL -אורך משותף של הקווים (IN) RT זמן העלייה (Ns). נ”ל עבור קו 50 אום מיקרוסטריפ ב-FR4 .השראות שתי שכבות צמודות בעלות גובה דיאלקטרי H בניהן שווה ל32 PHPER MIL.ישים לדוגמה לשכבת אדמה הצמודה לשבבת הזנות.
- השראות לולאה עגולה שווה ל25nHper inch של ההיקף. לפיכך לרצועה זו יש אימפדנס משמעותי החל ממספר מגהרצים בודדים.
- התנגדות משטחית של שכבת נחושת במשקל 1OZ שווב ל0.5 מיליאום PER SQUARE
- כדי למצוא את ההתנגדות בפועל יש להכפיל באורך השכבה.
- הפסדי החזרה (RETURN LOSS ) נמוכים מ 13- db לא ישפיעו על האות המועבר.
- השראות השכבה המחזירה (GROUND LAYER ) שווה ל-10Nh/inch כפול באורך השכבה.
- בתדר נמוך RT קטן גדול מ-5 ננושניה. כאשר אימפדנס העוס קטן מ10 אום המעגל ניראה כמו השראות שערכה הוא 8.3 nH/inch.
- עומק הקרום (SKIN DEPTH) ב-1GHZ שווה ל-2 מיקרון.
- מהירות האות בקו מיקרוסטריפ 50 אום שווה ל6inch/ns או 15 cm/nsec.
- הקיבול ליחידת אורך של קו 50 אום בFAR4 שווה 3.3 pF/inch.
- אורך בinch של STUB קביל הינו בערך קטן מ 0.3 חלקי bit rate (Gbps). או קטן (בס”מ) מ0.75 חלקי BR(GBPS).
הנחיות עבור פרויקטים צבאיים ברמת מערכת וכרטיסים
פרויקטים צבאיים נבדלים ממרבית סוגי הפרויקטים האזרחיים במספר אספקטים:
1.פרוייקט צבאי הנו בדרך כלל מונחה משימה ובסדר עדיפות שני מונחה עלות
2.פרויקט אזרחי הוא בראש ובראשונה מונה עלות ואח”כ מונחה משימה.
3. פרויקט צבאי אינו בהכרח שואף ל-STAT OF THE ART בתכן ובייצור. במידה והתכן עונה על דרישות המשימה ל א בהכרח יעשה שימוש ברכיבים שהם המילה האחרונה בחומרה.
4.פרויקט אזרחי בד”כ נשען על חדשנות טכנולוגית.
5. זמן ההגעה לשוק של פרויקט צבאי ארוך פי כמה מזה של פרויקט אזרחי אופייני.
דרישות התאלמ”ג בפרט ודרישות הסביבה בכלל חמורות הרבה יותר בפרויקט אזרחי מאשר פרויקט צבאי.
דרישות התכן בנושא תאלמ”ג וsignal integrityברמת מערכת וכרטיסים יתוארו בנייר זה.
הדרישות ברמת מערכת מוכתבות בעיקר מתקנים שונים שהעיקרים שבהם הם:
MIL-STD-461-דרישות תאלמ”ג עבור ציוד
RTCA-DO-160-דרישות תאלמ”ג ברקים (ישיר ועקיף) וHIRF-HIGH INTESIT Y RADIATED FIELDS .זהו תקן למטוסים אזרחיים שחלקים ממנו מאומצים לעיתים קרובות לפרויקטים צבאיים.
MIL-STD-464 –תקן למערכות ופלטפורמות צבאיות.
פירוט דרישות ברמת תיבה
