Разработка научно обоснованных рекомендаций по установке программируемой логической интегральной схемы на печатные платы - Дипломная работа

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ АВТОНОМНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯДля этого улучшаются характеристики и параметры элементов и интегральных микросхем, также происходит их оптимизация. Однако, при переходе работы устройств в наносекундный диапазон возникают новые проблемы, связанные с искажением сигналов в линиях связи. С повышением быстродействия логических схем скорость преобразования информации приближается к скорости ее передачи, а при задержках логических элементов становится сравнимой с ней.Интегральная схема - электронная микросхема изготовленная на полупроводниковой подложке (пластине или пленке) и помещенная в неразборный корпус, или без такового, в случае вхождения в состав микросборки. Часто под интегральной схемой (ИС) понимают собственно кристалл или пленку с электронной схемой, а под микросхемой - ИС, заключенную в корпус. Другой причиной создания ИС стала технологическая возможность размещения и соединения между собой множества электронных компонентов - диодов, транзисторов и так далее, на одной пластине полупроводника. Джек Килби перешел в фирму Texas Instruments из фирмы Centralab - в ней он возглавлял программу по разработке слуховых аппаратов, для которых фирма создала небольшое предприятие по созданию германиевых транзисторов. Резисторы изготовляли, используя омические свойства "тела" полупроводника, а для создания конденсаторов использовались смещенные в обратном направлении p-n-переходы.История развития программируемых логических интегральных схем (ПЛИС) начинается с появления программируемых постоянных запоминающих устройств. В качестве недостатка подобного решения следует отметить экспоненциальный рост сложности устройства в зависимости от количества входов. Именно программируемые логические матрицы можно считать первыми программируемыми логическими интегральными схемами (Programmable Logic Devices - PLDS). В настоящее время программируемые логические интегральные схемы развиваются по нескольким направлениям, поэтому возникла необходимость как то различать эти микросхемы. Классификация программируемых логических интегральных схем (ПЛИС) приведена на рисунке 1.Кроме того, увеличивается производительность электронных устройств, соответственно растет частота, и помехи генерируются на более высоких частотах, в результате чего расширяется пораженный помехами диапазон частот. С дальнейшим увеличением загруженности, производительности и сокращения размеров электрических устройств, вопрос о помехах, как ожидается, станет более серьезным (Рис. Помехи от схемы внутри электронного устройства могут вызвать помехи в другой цепи в том же электронном устройстве. Проблема ЭМС требует существования трех факторов (источник помех, рецептор и путь переноса помех), как указано в общем виде на Рис. Например, если вы не используете в цифровых схемах, импульсных источников питания или передатчиков, помехи, создаваемые электронными устройствами, будут очень слабыми.Цель моей работы разработать научно обоснованные рекомендации по установке ПЛИС на печатные платы, для этого необходимо: 1. Рассмотреть особенности поддержания целостности сигналаУвеличение отношения логической емкости к количеству блоков ввода-вывода позволило существенно снизить себестоимость кристаллов в перерасчете на одну логическую ячейку. Благодаря своей низкой стоимости, ПЛИС FPGA семейства Spartan-3A идеально подходят для применения в различных областях, таких как широкополосный доступ, домашние сети, средства визуализации (мониторы/проекторы) и цифровое телевизионное оборудование. Семейство Spartan-3A может с успехом заменить и превзойти ASIC (Application-Specific Integrated Circuit - специализированная интегральная микросхема). ПЛИС семейства Spartan-3A позволяют сократить сроки разработки, а также обладают большей гибкостью по сравнению с обычными микросхемами ASIC. Кроме того, вследствие программируемости ПЛИС FPGA у разработчика существует возможность вносить изменения в проект в готовом устройство, не прибегая к замене комплектующих, что также невозможно осуществить, используя ASIC.Для подавления электромагнитных помех (ЭМП) в системе электропитания цифровых ИМС используются различные конденсаторы и фильтры, как показано на Рис. Эта цепь развязки легко создается, для устройств с относительно низкой тактовой частотой, или с большим допуском против помех, для этого необходимо определить местонахождение конденсатора, создающего путь обхода, соединяя электропитание с землей около терминала электропитания. Как правило, свойства цепей развязки оценивается, главным образом, вносимыми потерями с точки зрения подавления помех, полного сопротивления пути протекания токов питания и формирования пути прохождения сигнала. Опишем механизм возникновения помех по цепям питания для цифровых ИМС, конфигурации цепей развязки для того, чтобы работать с такими помехами, и дадим краткий обзор особенностей цепей, имеющих отношение к цепям развязки (фильтры электропитания), охваченный в этом руководстве.

Содержание

Введение

Глава 1. Анализ проблемы

1.1 История развития интегральных схем

1.2 ПЛИС их назначение принцип работы, их параметры, ведущие производители

1.3 Влияние развития ПЛИС на конструирование и технологию печатного узла

1.4 Постановка задачи

Глава 2. Анализ ПЛИС серии XLINX Spartan 3-A 2.1 Описание серии XLINX Spartan 3-A 2.2 Особенности обеспечения целостности сигнала

Выводы

Глава 3. Разработка метода обеспечения целостности сигнала и питания

3.1 Выполнение расчетов по параметрам линии передачи

3.2 Разработка требований к формированию шин питания и развязки

3.3 Выбор и обоснование развязывающих конденсаторов

Выводы

Глава 4. Разработка конструкции ПП удовлетворяющей требованиям целостности сигнала и питания

4.1 Разработка рекомендаций по конструкции ПП

4.2 Разработка рекомендаций по установке и размещению развязывающих конденсаторов

4.3 Разработка по технологии сборки и монтажу

4.4 Оценка рынка ПЛИС и технологических затрат

4.5 Обеспечение БЖД при сборке и монтажа, общие вопросы

Глава 5. Моделирование

5.1 Подготовка схемы электрической принципиальной (проводилась в системе Orcad)

5.2 Трассировка печатной платы (проводилась в системе Allegro)

5.3 Результаты моделирования

Заключение

Список литературы