Literatura: V. Litovski Projektovanje elektronskih kola Simulacija …leda.elfak.ni.ac.rs/education/PEK_Elektronika/literatura... · 2018. 10. 19. · Stilovi projektovanja 3. Projektovanje

22.02.2017. 1

Projektovanje elektronskih kola

Prof. dr Predrag Petković,dr Miljana Milić

Katedra za elektronikuElektronski fakultet Niš

LEDA - Laboratory for Electronic Design Automation http://leda.elfak.ni.ac.yu/

22.02.2017. 2


Literatura:V. LitovskiProjektovanje elektronskih kola

Simulacija Optimizacija Testiranje Fizičko projektovanje

П. Петковић, Пројектовање CMOS интегрисаних кола са

мешовитим сигналима, Уводно поглавље, Електронски факултет.


22.02.2017. 3


Dodatna literatura:П. Петковић, М. Андрејевић Стошовић, М. Милић, Д. Мирковић,

Практикум лабораторијских вежби из

предмета Пројектовање

електронских кола и Пројектовање

дигиталних електронских кола, Поглавље Пројектовање електонских кола,


22.02.2017. 4


Kolokvijumi:VHDL 25% poslednja neelja martSpice 30% poslednja neelja april Optimizacija 50% poslednja neelja maj Prisustvo 5%

50% oceneProjekat (ispit):

Zadatak 19.05 Odbrana 6 Juni50% ocene


22.02.2017. 5


Sadržaj:1. Uvod - osnovni pojmovi2. Stilovi projektovanja3. Projektovanje digitalnih kola4. Projektovanje analognih kola5. Osnove fizičkog projektovanja

(projektovanje štampanih ploča)


22.02.2017. 6

1. Uvod - osnovni pojmovi1.1 Definicija1.2 Faze projektovanja1.3 Projektovanje u užem smislu1.4 Aspekti projektovanja



22.02.2017. 7

2. Stilovi projektovanja i izrade prototipa

2.1 Stilovi projektovanja2.2 Izbor stila projektovanja2.3 Stilovi izrade prototipa



22.02.2017. 8

3. Projektovanje digitalnih kola3.1 Osnovi VHDL3.2 Faze projektovanja digitalnih3.3 Sinteza3.4 Verifikacija3.5 Izrada prototipa



22.02.2017. 9

4. Projektovanje analognih kola4.1 Faze projektovanja analognih 4.2 Analiza kola4.3 Optimizacija4.4 Izrada prototipa



22.02.2017. 10

5. Fizičko projektovanje5.1 Šta su štampane ploče?5.2 Tipovi štampanih ploča5.3 Projektovanje štampane ploče5.4 Izazovi fizičkog projektovanja Integritet signala Razvođenje napajanja Temperaturski efekti



22.02.2017. 11

1. Osnovni pojmovi

1. Uvod - osnovni pojmovi1.1 Definicija1.2 Faze projektovanja1.3 Projektovanje u užem smislu1.4 Aspekti projektovanja


22.02.2017. 12

1.1 Definicija

Projektovanje (el. kola) podrazumeva skup aktivnosti koje od opisa željene funkcije kola dovode do realizacije prototipa.

Rezultat ove aktivnosti jeste potpunadokumentacijom neophodna da bi kolo ušlo u redovnu proizvodnju


22.02.2017. 13

1.1 Definicija

Šta je mobilni telefon?

To je sprava koja omogućava bežični telefonski razgovor i prenos poruka u digitalnom obliku.


Kako se opisuje projekat?

22.02.2017. 14

1.1 Definicija


To je sprava koja ima integrisani mikrofon, ADC, pojačavač, primopredajnik, DAC, antenu


Analog Baseband

Digital Baseband

(DSP + MCU)

PowerManagement

Small Signal RF

PowerRF


22.02.2017. 15

1.1 Definicija


To je sprava od plastike, dimenzija 10x5x1 cm sa LCD ekranom i nekolikotastera



22.02.2017. 16

1.1 Definicija

DOMENI opisa projekta

1. Funkcijonalni opis Šta kolo/sistem radi

(opis ponašanja)

2. Strukturni opis Čime se ostvaruje

3. Fizički opis Kako izgleda



22.02.2017. 17

1.1 Definicija

NIVOI opisa projektaZavise od toga ŠTA opisujemoDigitalni sistem (PC ili digitalno kolo)

1. Sistemski2. Algoritamski3. RTL4. Logički5. Električni



n+n+S

GD

+

KOMPONENTA

KOLO

GEJT

MODUL

SISTEM

22.02.2017. 18

1.1 Definicija

NIVOI opisa projekta



Sistem Modul Makro ćelijaIntegrisano kolo

Logi ko kolo č Elektronsko

kolo

22.02.2017. 19

1.1 Definicija


Ravan projektovanja između ose domena i ose nivoa (apstrakcije)

Funkcionalni(ponašanje)

Strukturni

Fizicki

dom

en

nivo apstrakcije

Sistemski (s

istem)

Algoritamski (m

odul)

RTL (registr

i)

Logicki (gejt

)

Elektricni (

kolo)

22.02.2017. 20

1.1 Definicija


Ravan projektovanja između ose domena i ose nivoa (apstrakcije)


nivo apstrakcije

Strukturni

Fizicki

22.02.2017. 21

1.1 Definicija


22.02.2017. 22

1.1 Definicija


Dodavanjem ose aplikacije, ravan prerasta u prostor projektovanja


Projekat 1(sat)

Projekat 2(PC)

Projekat 3(mobilni telefon)

Strukturni

Fizicki

dom

en

nivo apstrakcije

Sistemski (s

istem)

Algoritamski (m

odul)

RTL (registr

i)

Logicki (gejt

)

Elektric

ni (kolo)

aplikaci

ja

22.02.2017. 23

1.1 Definicija


Projektovanje predstavlja kretanje kroz projektni prostor

Prelazak iz opisa ponašanja u strukturni opis predstavlja strukturno

projektovanje

Prelazak iz strukturnog u fizički je fizičko projektovanje

24



nivo apstrakcije

Algoritamski (m

odu )

istemsk

stem

S

i (si)

(RTL

registri)

Logicki (gejt)

l

i

E ektricn

(kolo)

Strukturni

Fizicki

dom

en

l

1.1 Definicija

25



nivo apstrakcije

Algoritamski (m

odu )

istemsk

stem

S

i (si)

(RTL

registri)

Logicki (gejt)

l

i

E ektricn

(kolo)

Strukturni

Fizicki

dom

en

l

1.1 Definicija

22.02.2017. 26

Opis ponašanja Strukturni opis

Geometrijski opis

1.1 Definicija


22.02.2017. 27

1. 2 Faze projektovanja


Uno enje zahteva

Projektovanje

Izrada prototipa

Kvalifikacija zaproizvodnju

š

22.02.2017. 28

1. 3 Projektovanje u užem smislu


Sinteza

Verifikacija

SintezaProjektovanjelogicke i

elektricne šeme

Fizicko projektovanje

Verifikacija

Sinteza

Verifikacija

Sinteza

Verifikacija

22.02.2017. 29

1.1 Definicija

Čime ćemo se mi baviti?Projektovati kolo koje će omogućiti da na

zvučniku 8Ω Ω Ω Ω dobijemo 10W ako je pobuda iz mikrofona 600ΩΩΩΩ.


22.02.2017. 30

1.1 Definicija

Čime ćemo se mi baviti?Ako ih direktno vežemo na zvućniku se dobija:


22.02.2017. 31

1.1 Definicija

O pojačavačima smo učili iz Osnova elektronike.Treba nam neki pojačavač, da pojača signal.Najverovatnije nam treba dvostepeni, prvi da

pojača, a drugi da „prilagodi“ impedansu.


22.02.2017. 32

1.1 Definicija

Znamo da pojačavač sa zajedničkim sorsom ima veliko naponsko pojačanje, a sa zajedničkim drejnom, malu izlaznu otpornost.

Ne znamo vrednostiparametara kola.

Kako naći prave?


22.02.2017. 33

1.1 Definicija

O pojačavačima smo učili iz Osnova elektronike.Najverovatnije nam treba dvostepeni, prvi da

pojača, a drugi da „prilagodi“ impedansu.


22.02.2017. 34

1.4. Aspekti projektovanja

1. Tehnološki aspekt projektovanja2. Sistemski aspekt projektovanja3. Aspekt testiranja4. Ekonomski i pravni aspekt5. Ekološki aspekt projektovanja


22.02.2017. 35


Tehnološki Mora se voditi računa o sudbini projekta i

kada dođe do promene tehnologije.

Idealno bi bilo da projektovanje ne zavisi od tehnologije u kojoj će se kolo proizvesti.

Nije moguća potpuna nezavisnost.


22.02.2017. 36


Tehnološki


Minimalna dimenzija nm[ ]250

130

180

35

50

70

100

1999 2001 2003 2005 2007 2009 2011

22.02.2017. 37


Tehnološki


0.001

0.01

0.1

1

10

1970 1975 1980 1985 1990 1995 2000 2005 2010 2015

Godina uvo enja u proizvodnju đ

40

04

800

8

80

80

80

86

286

38

6

48

6

Pe

nti

um

Pen

tiu

m P

ro

Pen

tiu

m I

I

Pen

tiu

m

III

Xe

on

Ce

lero

n

Pe

nti

um

4

Pe

nti

um

M

Co

re

2

Co

re

Du

o

2

2G

Co

re

3G

Co

re

Skaliranje dimenzija tranzistora u Intel© procesorima

10nm

100nm

1 mµ

10 mµ

1nm

Teh

no

loški pro

ce

s

22.02.2017. 38

Tehnološki aspekt projektovanja


Prvi tranzistor Bell Labs, 1948 Walter Houser Brattain,

John Bardeen, William Bradford Shockley

Nobelova nagrada za fiziku 1956

22.02.2017. 39



The integrated circuit was first conceived by a radar scientist, Geoffrey W.A. Dummer (born

1909), working for the Royal Radar Establishment of the British Ministry of

Defence, and published in Washington, D.C. on May 7, 1952. Dummer unsuccessfully attempted

to build such a circuit in 1956.

22.02.2017. 40



Prvo integrisano kolo Texas Instruments, 1959, February 6

Jack Kilby

½ Nobelova nagrada za fiziku

2000.1.5625 x 10.9375 mm

22.02.2017. 41



19711000 transistors1 MHz operation

Intel 4004 Micro-Processor Intel Pentium (IV) microprocessor

22.02.2017. 42



Murov zakon (1965)Broj tranzistora na čipu udvostručava se svakih 18-24 meseci

1 61 51 41 31 21 11 0

9876543210

19

59

19

60

19

61

19

62

19

63

19

64

19

65

19

66

19

67

19

68

19

69

19

70

19

71

19

72

19

73

19

74

19

75

LO

G2 O

F T

HE

NU

MB

ER

OF

CO

MP

ON

EN

TS

PE

R I

NT

EG

RA

TE

D F

UN

CT

ION

Electronics, April 19, 1965.

1.E-06

1.E-05

1.E-04

1.E-03

1.E-02

1.E-01

1.E+00

1.E+01

1.E+02

1.E+03

1.E+04

1970 1975 1980 1985 1990 1995 2000 2005 2010 2015

Broj tranzistora na cipu [milion]

Godina uvo enja u proizvodnjuđ

400

48

00

8

80

8

0

80

8

6 286

38

6 486

Pe

nti

um

Pen

tiu

m P

ro

Pe

nti

um

II

Xe

on

Ce

lero

n

Pe

nti

um

4

Pen

tiu

m M

Co

re

2

Co

re

Du

o

2 2G

Co

re

3G

Co

re

Pen

tiu

m III

22.02.2017. 43



Murov zakon primenjen na mikroprocesore

Porast 2X za 1.96 godina!

Broj tranzistora u vodećim mikroprocesorimaudvostručava se na svake 2 godine

0.1

1

1 0

10 0

1 970 19 75 1980 19 85 199 0 1 995 20 00 2 005 20 10 201 5

Potrošnja Intel © procesora [W]

Godina uvo enja u proizvodnju đ

400

4*

80

08

*

80

* 8

0

80

* 86

28

6*

38

6*

486

*

Pe

nti

um

Pe

nti

um

Pro

Pen

tiu

m II

Pen

tiu

m

III*

Xeo

n

Ce

lero

n*

Pe

nti

um

4

Pe

nti

um

M

Co

re

2

Co

re

Du

o

2 2G

Co

re

3G

Co

re

4G

Co

re

22.02.2017. 44



Snaga više ne raste tako brzo!

22.02.2017. 45



40048008

80808085

8086

286386

486Pentium® proc

P6

1

10

100

1000

10000

1970 1980 1990 2000 2010

Godina

Gu

sti

na s

nag

e(W

/cm

2)

Ringla

Nuclearni

Reaktor

Raketni

Motor

Gustina snage je velika i čip se greje

22.02.2017. 46



Gustina snage je velika i čip se greje

Ringla Procesor

22.02.2017. 47



Procesori sa dva jezgra (od aprila 2005.)

Intel® Pentium® processorExtreme Edition die

AMD Athlon™ 64 X2 Dual-Core Processor

for Desktop

Intel® Pentium® processor Extreme Edition die

22.02.2017. 48

Sistemski aspekt projektovanja




Aspekt testiranja

Ekonomski i pravni aspekt

Ekološki aspekt projektovanja

22.02.2017. 49



22.02.2017. 50



Prvi let braća Rajt obavila su 1903.

brzina 48km/h

Prvi putnički avion na mlazni pogon 1959. ~1000km/h

Danas, posle 56 godina, avioni lete istom brzinom

Poređenje sa razvojem avio industrije

22.02.2017. 51

Aspekt testiranja




Aspekt testiranja



22.02.2017. 52

Aspekt testiranja


Odgovor na pitanje da li su zadovoljeni projektni zahtevi - ne unosi novu vrednost ali košta

Pravilo 10x1

Troškovi testiranja po defektu

test

iran

jeko

mp

onen

ata

test

iran

jep

loca

test

iran

jesi

stem

a

1

10

100

22.02.2017. 53

Aspekt testiranja


Tokomm projektovanja voditi računa kako će se kolo testirati u različitim fazama proizvodnje.

Troškovi testiranja po defektu

test

iran

jeko

mpo

nena

ta

test

iran

jepl

oca

test

iran

jesi

stem

a

1

10

100

Cilj:

• Omogućiti testiranje,

• Olakšati testiranje

• Ubrzati testiranje

• Po najmanjoj ceni

22.02.2017. 54

Ekonomski aspekt




Aspekt testiranja



22.02.2017. 55

Ekonomski aspekt


http://www.techeye.net/mobile/mobile-phone-market-makes-a-comeback

Tržište mobilnih telefona(Broj prodatih)

Godina 1996 1997 1998 1999 2000

Količina 48M 86M 162M 260M 435M

Analog Baseband

Digital Baseband

(DSP + MCU)

PowerManagement

Small Signal RF

PowerRF

(podaci iz Texas Instruments)

Godina 2011

Količina 1200M

22.02.2017. 56

Ekonomski aspekt


22.02.2017. 57

Ekonomski aspekt


Zadatak svih fabrika na svetu je da proizvode samo jedan ‘artikal’

22.02.2017. 58

Ekonomski aspekt


Fiksni troškovi Vreme i cena projektovanja Cena izrade maske Ostali fiksni troškovi (zakupnina prostora, ...)

Proporcionalni troškovi Cena urošenog materijala (silicijuma), pakovanja

(kućišta), testiranja Proporcionalni veličini serije Proporcionalni površini čipa

22.02.2017. 59

Ekonomski aspekt


Na porast fiksnih troškova utiče rast troškova projektovanja:

Projektanti su skupi i postaju skuplji• obrazovanje• uslovi rada• uslovi života

Investicije u novi hardverInvesticije u novu softver ($100 000)

22.02.2017. 60

Pravni aspekt


IP - Intelektualna svojina prava vezana za IP proističu iz zaštite:•PatentaDizajnaŽigaAutorskih pravaTopografija integrisanog kola (10 godina) Geografska oznaka porekla

Kako stimulisati inventivnost?

Kako zaštititi IP na složeni el. sistem?

22.02.2017. 61


Predmet zaštite:

Hardver PatentSoftver Autorsko pravo nad kopijom književnog delaBaza podataka Posebno pravo na organizaciju i

sadržaj bazeIntegrisano kolo Zaštita lejauta, imena,...

Pravni aspekt

22.02.2017. 62

Pravni aspekt


StandardiDokumenti koji sadrže usaglašena pravila, uputstva ili karakteristike koje se odnose na aktivnosti (proizvodnja i upravljanje) i njihove rezultate (gotova roba).

Uređuju i obezbeđuju kompatibilnost proizvoda različitih proizvodjača.

Njihovo poštovanje predstavlja preduslov za kvalitet proizvoda.

22.02.2017. 63

I. Uvod: Šta smo naučili?

Šta treba da znamo?

Elementarno (za potpis)Šta je projektovanje elektronskih kola?

Osnovna (za 6)1. Domeni opisa projekta 2. Aspekti projektovanja


22.02.2017. 64

I. Uvod: Šta smo naučili?

Šta treba da znamo?Ispitna pitanja

a) Nivoi projektovanja

b) Faze projektovanja

c) Projektovanje u užem smislu

d) Tehnološki aspekt projektovanja

e) Aspekt testiranja

f) Ekonomski aspekt projektovanja


22.02.2017. 65

I. Uvod

Sadržaj:Sledeće nedeljeI. Osnovni pojmovi (nastavak)

StandardiEkološki aspekt projektovanjaStilovi projektovanja

II. Analiza el. kola primenom računaraIII. Optimizacija el. kolaIV. Logička simulacija


Documents

Literatura: V. Litovski Projektovanje elektronskih kola Simulacija …leda.elfak.ni.ac.rs/education/PEK_Elektronika/literatura... · 2018. 10. 19. · Stilovi projektovanja 3. Projektovanje