Диплом, курсовая, контрольная работа
Помощь в написании студенческих работ

Разработка метода проектирования цифровых узлов радиотехнических систем с применением IBIS-моделей интегральных микросхем

Диссертация: Разработка метода проектирования цифровых узлов радиотехнических систем с применением IBIS-моделей интегральных микросхем
ДиссертацияПомощь в написанииУзнать стоимостьмоей работы

IBIS-модели буферов ИМС, отражая электрические свойства входных и выходных каскадов, позволяют в ходе проектирования решить задачи анализа перекрестных помех, помех отражения, оценки режимов функционирования выходов ИМС с точки зрения возникновения колебательных процессов и явлений перерегулирования, а также качества захвата и удержания логического состояния входами ИМС. Использование… Читать ещё >

Содержание

  • 1. Анализ моделей и методов моделирования цифровых узлов радиотехнических систем
    • 1. 1. Анализ тенденций в проектировании современных радиотехнических систем
    • 1. 2. Математические модели в проектировании электронных средств
    • 1. 3. Анализ возможностей использования IBIS-моделей в проектировании цифровых узлов
    • 1. 4. Анализ специализированных макромоделей и IBIS-моделей интегральных микросхем
    • 1. 5. Постановка задачи
  • 2. Разработка метода проектирования ЦУ с использованием IBIS-моделей ИМС и нормированных электрических сигналов
    • 2. 1. Разработка методики использования нормированного сигнала и схем приведения к нормированному виду
    • 2. 2. Разработка идеальной внутренней логики для IBIS-моделей ИМС
    • 2. 3. Классификация IBIS-моделей буферов ИМС
    • 2. 4. Разработка IBIS-моделей буферов ИМС, управляемых нормированными напряжениями
    • 2. 5. Разработка математических моделей входного и выходного буфера ИМС
    • 2. 6. Разработка метода проектирования и методики моделирования ЦУ с использованием IBIS-моделей
    • 2. 7. Выводы
  • 3. Разработка методик внедрения IBIS-моделей в практику проектирования ЦУ РТС и определения характеристик ИМС на основе экспериментальных исследований
    • 3. 1. Разработка методики внедрения IBIS-моделей в практику проектирования ЦУ РТС
    • 3. 2. Разработка методики определения функций управления источниками тока в модели выходного буфера
    • 3. 3. Разработка методики моделирования диодов в схемах замещения буферов ИМС с учетом времени транзита носителей заряда
    • 3. 4. Разработка методики определения характеристик ИМС для построения IBIS-моделей на основе экспериментальных исследований
    • 3. 5. Определение характеристик ИМС на основе экспериментальных исследований
    • 3. 6. Выводы
  • 4. Внедрение результатов работы в. практику проектирования цифровых узлов
    • 4. 1. Использование IBIS-моделей. для моделирования помех в шинах питания
    • 4. 2. Внедрение результатов работы в проектирование функционального узла
    • 4. 3. Внедрение результатов работы в разработку конструкции печатного узла
    • 4. 4. Выводы.ИЗ

Разработка метода проектирования цифровых узлов радиотехнических систем с применением IBIS-моделей интегральных микросхем (реферат, курсовая, диплом, контрольная)

Основной тенденцией в развитии радиоэлектронной, электронно-вычислительной техники, радиотехнических систем (РТС) является повышение скорости обработки информации. Вместе с тем, усложнение структуры цифровых устройств и узлов, входящих в состав радиотехнических систем, и требования по сокращению сроков проектирования и доводки аппаратуры приводят к необходимости вовлечения в процесс проектирования РТС средств автоматизации и развития новых методов, позволяющих существенно улучшить технико-экономические показатели процесса разработки электронных устройств.

Цифровые узлы (ЦУ) стали неотъемлемой частью практически любых электронных средств. В связи с постоянным ростом рабочих частот особое значение приобретает внутрисистемная и межсистемная электромагнитная совместимость (ЭМС), обостряется проблема обеспечения целостности сигналов. В условиях рыночной конкуренции стоимость конечного продукта зависит не только от затрат на производство, но и оттрудоемкости и длительности проектирования. Важнейшим требованием является разработка такой конструкции устройства, которая обеспечивала бы его бессбойное функционирование.

Задача обеспечения целостности сигналов и электромагнитной совместимости на этапе проектирования цифрового устройства может быть решена на основе исследования его виртуального прототипа. Для этого должна быть построена модель ЦУ, точно отражающая свойства объекта проектирования с учетом влияния его конструкции.

В настоящее время наиболее перспективным для моделирования распространения цифровых сигналов на печатных платах является подход, основанный на использовании макромоделей интегральных микросхем (ИМС), построенных на базе IBIS (IBIS — I/O buffers information specification, или информационная спецификация буферов ввода/вывода). Этот направление предполагает формирование макромоделей ИМС в виде совокупности моделей их входных и выходных сигнальных цепей с учетом особенностей использованных в ИМС схемотехнических решений.

IBIS-модели буферов ИМС, отражая электрические свойства входных и выходных каскадов, позволяют в ходе проектирования решить задачи анализа перекрестных помех, помех отражения, оценки режимов функционирования выходов ИМС с точки зрения возникновения колебательных процессов и явлений перерегулирования, а также качества захвата и удержания логического состояния входами ИМС. Использование IBIS-моделей ИМС в процессе автоматизированного проектирования ЦУ РТС позволяет проводить J моделирование электрических процессов с существенно меньшими вычислительными и временными затратами.

В России развитию теории моделирования с использованием IBIS-моделей посвящены работы А. В. Савельева, А. П. Леонова, А. Н. Исаева, Ю. В. Потапова. Из исследований в этой области в других странах следует выделить работы Б. Росса, Д. Дарена, В. Хаббса, А. Мурея, Д. Чена, Р. Ена, X. Клоса.

В работах этих авторов показано, что применение IBIS-моделей на практике дает возможность повысить эффективность процесса проектирования ЦУ РТС. Она определяется временными затратами, его трудоемкостью, количеством итераций по доработке изделия и др.

Проведенный анализ современного состояния развития теории IBIS-моделирования показал, что в данном направленийчимеются вопросы, которые требуют дополнительной проработки и развития. В частности, одной из основных проблем является потребность в обеспечении взаимосвязанного функционирования буферов в модели ИМС, что, как показала практика, необходимо для более полного анализа целостности сигналов в печатных узлах и большего приближения IBIS-моделей к физически существующим образцам ИМС.

На основании приведенного в’рамках диссертационной работы анализа развития IBIS-моделирования ИМС и использования IBIS-моделей в процессе проектирования ЦУ можно сформулировать цели и задачи диссертационной работы. Целью работы является повышение эффективности процесса проектирования цифровых узлов как составной части РТС путем совершенствования IBIS-моделей ИМС, разработки нового метода проектирования ЦУ с использованием IBIS-моделей и методики практического применения IBIS-моделей в ходе проектирования ЦУ. Для достижения поставленной цели в работе сформулированы и решены следующие задачи.

1. Проведен анализ логического и схемотехнического моделирования ЦУ в составе РТС, указано место IBIS в моделировании ЦУ, рассмотрены достоинства и недостатки IBIS-моделирования, сформулированы цель и задачи работы.

1 *.

2. Предложены концепция и методика использования нормированных электрических сигналов для моделирования распространения сигналов внутри ИМС, разработаны ч методы обеспечения взаимосвязанного функционирования моделей буферов ИМС в составе макромодели.

3. Разработано 17 новых ''моделей, для которых возможно использование нормированных электрических сигналов и которые развивают IBIS-стандарт описания свойств буферов ИМС. ч.

4. Разработана методика внедрения моделирования ЦУ с использованием IBIS-моделей и предложенной концепции в практику проектирования ЦУ.

5. Выполнена проверка разработанного метода проектирования с применением IBIS-моделей путем сопоставления результатов моделирования и результатов, полученных экспериментально.

6. Разработана методика определения характеристик для построения IBIS-моделей на основе экспериментальных исследований ИМС.

Диссертация состоит из введения, 4 глав с выводами, заключения, списка литературы, содержащего 97 наименований, и приложения. Объем работы — 122 с. В приложение к диссертационной работе вынесены результаты экспериментальных исследований. Объем приложения— 19 с.

3. Результаты работы внедрены в проектирование быстродействующего цифрового устройства, отражающего современный уровень быстродействия цифровых систем, что подтверждает актуальность их практического использования. Выполнена экспертная оценка эффекта' от практического внедрения результатов работы, показывающая, что использование предложенных методов позволяет сократить длительность цикла сквозного проектирования цифровых систем на 20 — 30%.

Заключение

.

В' процессе решения задач,' поставленных в диссертационной работе, получены следующие основные результаты.

1. На основе классификации математических моделей, анализа логического и схемотехнического моделирования ЦУ РТС отмечено место IBIS среди других подходов к моделированию. На основе анализа современного состояния IBIS-моделирования отмечены его достоинства и недостатки, что позволило сформулировать направления исследований.

2. Предложена концепция использования нормированных сигналов для • моделирования распространениясигналов внутри ИМС, разработаны методы обеспечения взаимосвязанного функционирования моделей буферов, построенных на основе IBIS-описания. Это дало возможность предать IBIS-моделям ИМС новую, функциональность в целях 'более полного анализа целостности сигналов при разработке ПП ЦУ.

3. Разработаны новые модели буферов, базирующиеся на IBIS-описании свойств ИМС и обладающие большей универсальностью, чем существующие модели. Новые модели ориентированы на использование нормированных сигналови позволяют расширить спектр моделируемых практически значимых эффектов.

4. Разработана методика внедрения моделирования с использованием IBIS-моделей и нормированных сигналов в практику проектирования ЦУ. Предложенная методика позволяет повысить эффективность проектирования ЦУ РТС за счет сокращения длительности проектирования на 10 — 30%.

5. Выполнена проверка предложенной методики внедрения IBIS-моделей в* практику проектирования ЦУ. Сопоставление результатов моделирования и эксперимента подтверждает правомерность использования результатов диссертационной работы-при проектировании ЦУ.

6. Разработана методика определения характеристик ИМС для построения IBIS-моделей на основе экспериментальных исследований. Практика показала, что она позволяет выполнять измерения с меньшими затратами времени, чем существующие методики.

7. Полученные в диссертационной работе результаты внедрены в учебный процесс МГИЭМ на кафедре «Радиоэлектронные и телекоммуникационные устройства и системы» по дисциплине «Основы проектирования РЭС», а также в курсовое и дипломное проектирование и в подготовку магистровв учебный процесс.

Казанского авиационного технического университета им. А. Н. Туполева, а также в практику разработки перспективных цифровых узлов радиотехнических систем в Московском научно-исследовательском радиотехническом институте.

Показать весь текст

Список литературы

  1. Кечиев J1.H. Проектирование печатных плат для цифровой быстродействующей аппаратуры. — М.: ООО «Группа ИДТ», 2007. — 616 с.
  2. Л.Н., Шнейдер В. И. Современные проблемы обеспечения ЭМС электронных модулей быстродействующих цифровых электронных средств. — Технологии ЭМС, 2004, № 4 (11). с. 50 — 59.
  3. Дж. Как разрабатывать IBIS-модели. — EDA EXPERT, № 10(73), декабрь, 2002.
  4. В.А. и др. Микросхемы и их применение. — М.: «Энергия», серия «Массовая библиотека», № 1070, 1983. — 272 с.
  5. А. Электромагнитная совместимость: пер. с нем. под ред. Кужекина В. А. — Энергоатомиздат, 1998. 480 с.
  6. Д.В. Электромагнитная совместимость: Уч. пособие. — СПб.: СПбГУАП, 1999.-81 с.
  7. Автоматизация проектирования радиоэлектронных средств. — Под ред. Алексеева О. В. — М.: Высшая школа, 2000. — 478 с.
  8. .Н., Малика А. С. Автоматизация конструирования РЭА. — М.: «Высшая школа», 1980. — 381 с.
  9. П.Н. Основы языка VHDL. — М.: Солон-Р, 2000. — 200 с.
  10. Г. Т., Прокимов П. А. Проектирование логических систем в MAX+PLUSII.1. М.: МГИЭМ, 2002. — 173 с.
  11. .В. ПЛИС 1 фирмы «ALTERA»: элементная база, система проектирования и языки описания аппаратуры. — М.: Додэка-XXI век, 2002. — 573 с.
  12. А.П. Язык описания цифровых устройств AlteraHDL. Практический курс.
  13. М.: «РадиоСофт», 2001. — 224 с.
  14. Asheden P.J. The VHDL Cookbook. University of Adelaide, South Australia. — 1990.
  15. Д.А., Стешенко В. Б., Храпов В. Ю., Шипулин С. Н. Перспективы реализации алгоритмов цифровой фильтрации на основе ПЛИС фирмы «Altera». // Chip News, № 9 — 10,1997.
  16. В.Д. Система проектирования цифровых устройств OrCAD. — М.: «Солон-Р», 2000. — 159 с.
  17. В.Д. Система сквозного проектирования электронных устройств DesignLab 8.0. — М.: Солон, 1999. — 698 с.
  18. З.М., Елистратов М. Р., Ильин JI.K. и др. Моделирование и оптимизация на ЭВМ радиоэлектронных устройств. — М.: «Радио и связь», 1981. — 347 с.
  19. М., Зиммерс Э. САПР и автоматизация производства. — Пер. с англ.: Белоусов О. О. и др. — М.: Мир, 1987. — 528 с.
  20. С.С., Барнаулов Ю. М., Бердышев В. А. и др. Автоматизированное проектирование цифровых устройств. — М.: «Радио и связь», 1981. — 365 с.
  21. Анализ стойкости систем связи к воздействию излучений. — Под ред. Кукка К.И.
  22. М.: «Радио и связь», 1993. — 268 с.
  23. Действие проникающей радиации на изделия электронной техники. — Под ред. Ладыгина Е. А. — М.: «Советское радио», 1980. — 224 с.
  24. Л.О., Чепиженко А. З. Обеспечение стойкости аппаратуры связи к электромагнитным излучениям. — М.: «Радио и связь», 1988. — 296 с.
  25. А.Г., Шагурин ИгИ. Микросхемотехника. — М.: «Радио и связь», 1982.263 с. 24. www.eia.org, IBIS-standart, ver. 4.2С. — IBIS open forum, 2004. — 117 c.
  26. Ross B. IBIS Models for Signal Integrity Applications. — IBIS open forum, 2001'.
  27. Л.Н., Лемешко H.B. Моделирование цифровых устройств с использованием IBIS-описания интегральных схем. — М.: МИЭМ, 2006. — 243 с.
  28. Duehren D., Hobbs W., Muranyi A. I/O-buffer modeling spec simplifies simulation for high-speed systems. — Intel Corporation, 1994.
  29. T.M. Интегральные микросхемы. — M.: «Энергоатоиздат», 1983. — 464 с.
  30. Chen J. Comparison Between1 SPICE and IBIS I/O Device Simulations. — North East Systems Associates, Inc., 1998:
  31. Г. В. Высокоскоростная передача цифровых данных: высший курс черной магии. — Пер. с англ. под ред. Добродеева С. А. — М.: Издательский' дом «Вильяме», 2005. — 1024 с.
  32. Ene R.A. IBIS Models for EMC and High-Frequency Devices. — High Design Technology Italy, 2003.
  33. H.B. Моделирование интегральных компонентов электронных узлов на основании их IBIS-описания. — Материалы конференции «Туполевские чтения», Т.З. — Казань: КГТУ им. А. Н. Туполева, 2005. — с.163−164.
  34. Л.Н., Лемешко Н. В. Использование IBIS-моделей для создания виртуальных прототипов’электронных устройств. — Технологии приборостроения, № 2 (14) — М.: Издательский дом «Технологии», 2005. — с.41−52.
  35. В.Д. Проектирование печатный плат в P-CAD 2001. — М.: «СОЛОН-Пресс», 2004. — 560 с.
  36. Моделирование и испытание радиооборудования. — Под ред. Винокурова В. И. — Л.: «Судостроение», 1981. —304 с.
  37. Л.Н., Лемешко Н. В. Измерение характеристик интегральных схем при построении IBIS-моделей. — «Проектирование телекоммуникационных средств и систем», сборник науч. трудов каф. РТУиС. / Под ред. Кечиева Л. Н. — М.: МИЭМ, 2006. —с.74−82.
  38. Н.П. Моделирование сложных систем. — М.: «Радио и связь», 1986. — 314 с.
  39. Интернет-ресурс www. lds-group.com.
  40. Интернет-ресурс www. ci-systems.com.
  41. Интернет-ресурс www.dipaul.ru.
  42. Klos Н. Verification of IBIS Models. — Sintecs, 2004.
  43. B.M. Численные методы. Математический анализ и обыкновенные дифференциальные уравнения. — М.: «Высшая школа», 2001. — 382 с.
  44. Е.Л., Ссорин «В.Г., Сыпчук П. П. Введение в автоматизацию схемотехнического проектирования. — М.: „Советское радио“, 1976. — 224 с.
  45. О.П. Основы цифровой схемотехники. Учебное пособие. — М.: ИП „РадиоСофт“, 2004. — 528 с.
  46. О.П. Цифровые устройства. Учебное пособие. — М.: МИЭМ, 1995. — 208 с.
  47. Н.С. и др. Численные методы. — М.: „Лаборатория базовых знаний“, 2002. — 632 с.
  48. Ф.Р. Теория матриц. — М.: „Наука“, 1966. — 576 с.
  49. Л.П. Нелинейные цепи в программах схемотехнического моделирования. — М.: „Солон-Р“, 2002. — 368 с.
  50. В.Д. Система схемотехнического проектирования MicroCap V. М.: „Горячая линия — Телеком“, 2001. — 344 с.
  51. В.А. и др. Микросхемы и их применение. Справочное пособие. — М.: „радио и связь“, 1983. — 272 с.
  52. Цифровые и аналоговые интегральные микросхемы. Справочник. — Под ред. Якубовского С. В. — М.: „Радио и связь“, 1990. — 496 с.
  53. В.Г. Полупроводниковые емкости. — Новосибирск: „Наука“, 1967. — 49 с.
  54. М.С., Матюшин Б. Д. и др. Техническое обеспечение цифровой обработки сигналов. Справочник. — Сп.-Б.: „Наука и техника“, 2000. — 752 с.
  55. Цифровая и вычислительная техника. — Под ред. Евреинова Э. В. — М.: „Радио и связь“, 1991. —463 с.
  56. .А. Цифровые устройства и микропроцессорные системы. — М.: „Радио и связь“, 1997. — 367 с.
  57. В.Д., Рыбасенко И. Д. Элементарные функции. — М.: „Наука“, 1987. — 415 с.
  58. А. Математика для электро- и радиоинженеров. // Пер. с франц. Шифрин К.С.
  59. М.: „Наука“, 1965. — 778 с.
  60. В.П., Абраменкова И.В. MathCAD 7.0 в математике, физике и в Internet.
  61. М.: „Нолидж“, 1999. — 345 с.
  62. Лазарев Ю.Ф. MatLAB 5.х. — Киев: Издательская группа BHV, 2000. — 384 с.
  63. Н.Н., Иванов А.П. MatLAB 5.x. Вычисления. Визуализация. Программирование. — М.: „КУДИЦ-ОБРАЗ“, 2000. — 336 с.
  64. С.Р. Курс лекций по автоматизации проектирования РЭС. — М.: МИЭМ, 2001.
  65. Т. ЭМС для разработчиков продукции. // Пер. с англ. Кармышев B.C., Кечиев Л. Н. — М.: Издательский дом „Технологии“, 2003. — 540 с.
  66. И.П. Основы микроэлектроники. Учебное пособие для вузов. — М.:t
  67. Лаборатория базовых знаний», 2003. — 488 с. j .,
  68. Schreyer Т.А., Martin R.S. Toll Capabilities needed for Design 100 MHz Interconnecs.1.tel Corporation, 2006.
  69. С.Р. Сервер SPICE: первое знакомство. Учебное пособие. — М.: МИЭМ, 2001. —44 с.
  70. JI.H., Лемешко Н. В., Методы моделирования цифровых узлов электронных приборов. — Технологии приборостроения, № 1 (17) — М.: ООО Издательский дом «Технологии», 2006. — с.36−44.
  71. JI.H., Лемешко Н. В. Моделирование помех в шинах питания цифровых устройств на основе IBIS-описания интегральных схем. — Технологии ЭМС, № 1 (16) — М.: ООО Издательский дом «Технологии», 2006. — с.9−18.
  72. Л.Н., Лемешко Н. В. Использование IBIS-моделей интегральных компонентов при разработке цифровых устройств. — Тезисы докладов научно-технической конференции студентов, аспирантов и молодых специалистов МИЭМ
  73. М.: МИЭМ, 2007. — с.276−277.
  74. Л.Н., Лемешко Н. В. Использование IBIS-моделей интегральных элементов при разработке электронных модулей. — Труды 7-ого международного симпозиума по электромагнитной совместимости и электромагнитной экологии — С.-Пб.: ЛЭТИ, 2007. — с.286−289.
  75. Л.Н., Лемешко Н. В. Использование IBIS-моделей при моделировании ЦАП.к
  76. Проектирование телекоммуникационных и информационных средств исистем", сборник научных трудов каф. РТУиС / Под ред. Кечиева Л. Н. — М.:л1. МИЭМ, 2007. —с.63−74.1. ГпП'
  77. А.В., Кечиев Л. Н., Тумковский С. Р., Шевчук А. А. Расчет помех отражения в линиях связи быстродействующих цифровых устройств. Учебное пособие. — М.: МИЭМ. 2002. — 86 с.
  78. Л.Н., Пожидаев Е. Д. Защита электронных средств от воздействия статического электричества. — М.: Издательский дом «Технологии», 2005. — 352 с.
  79. Интернет-ресурс www. rohde-schwarz.com.
  80. Интернет-ресурс www.prist.ru.
  81. Triscend Е5 Configurable System-on-Chip Family. Product Description. — Triscend Corporation. 2000.
  82. Интернет-ресурс www.drc.com.
  83. К.Ю., Златогурский Д. Н., Киселев В. Г. Радиотехнический системы.
  84. М.: «Высшая школа», 1979. — 333 с.
  85. Иванов-Цыганов А. И. Электротехнические устройства радиосистем. — М.:г
  86. Высшая школа", 1973. — 384 с.
  87. Радиоэлектронные системы. Основы построения и теория. — Под ред. Ширмана Я. Д. — М.: «Радиотехника», 2007. — 512 с.
  88. Д. Проектирование систем: изобретательство, анализ и принятие решений.1. М.: «Мир», 1969. — 440 с.
  89. Активные фазированные антенные решетки. — Под ред. Воскресенского Д. И., Канащенкова А. И. — М.: «Радиотехника», 2004. — 488 с.
  90. Л.А. Теоретические основы электротехники. М.: «Высшая школа», 1964.749 с.
  91. С.И. Радиотехнические цепи и сигналы. — М.: «Высшая школа», 2003. — 462 с.
  92. Н.Г. Электрйческие измерения. — М.: «Высшая школа», 1976. — 271. — '
  93. О.Н. Цифровая электроника. — С.-Петербург: «Наука и техника», 2001. — 224 с.
  94. Л.Н. Курс лекций по дисциплине «Основы проектирования РЭС». — М., МИЭМ, 2003. '
  95. Интернет-ресурс www.altera.ctam.г -V1. V. Lv/Coн. b10420 a 8 1 095^
Заполнить форму текущей работой

На отлично!