Budapest University of Technology and Economics, Faculty of Electrical Engineering and Informatics

    Belépés
    címtáras azonosítással

    vissza a tantárgylistához   nyomtatható verzió    

    Nagyfrekvenciás digitális rendszerek komplex tervezése

    A tantárgy angol neve: Complex System Design for High-frequency Digital Circuits

    Adatlap utolsó módosítása: 2009. szeptember 25.

    Tantárgy lejárati dátuma: 2011. augusztus 10.

    Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem
    Villamosmérnöki és Informatikai Kar
    blank_page
    Villamosmérnöki Szak
    Szabadon választható tárgy
    Tantárgykód Szemeszter Követelmények Kredit Tantárgyfélév
    VIEEAV00 6,7, 2/0/2/v 4  
    3. A tantárgyfelelős személy és tanszék Kerecsen Istvánné,
    4. A tantárgy előadója
    Dr. Zólomy Imre Egyetemi tanár Elektronikus Eszközök Tsz.
    Dr. Farkas Ferenc Projektmenedzser és jelintegritás mérnök Ericsson Magyarország kft.
    Szűcs Zoltán Hardverfejlesztő mérnök Ericsson Magyarország kft.
    Ericsson Magyarország munkatársai Meghívott előadók  
    Dr.Koller István Egyetemi adjunktus Hiradástechnika Tanszék
    5. A tantárgy az alábbi témakörök ismeretére épít blank_pageElektronika, Digitális Technika, Elektromágneses Terek

    6. Előtanulmányi rend
    Kötelező:
    NEM KépzésLétezik("5N-07") VAGY
    NEM KépzésLétezik("5N-A7") VAGY
    NEM KépzésLétezik("5N-M7")

    A fenti forma a Neptun sajátja, ezen technikai okokból nem változtattunk.

    A kötelező előtanulmányi rendek grafikus formában itt láthatók.

    Ajánlott:
    blank_pageElektromágneses terek (VIHVA204), Elektronika 1. (VIHIA205), Jelek és rendszerek 1-2 (VIHVA109, VIHVA200), Digitális technika 1-2 (VIIIA104, VIIIA108), Elektronikai technológia (VIETA302)

    7. A tantárgy célkitűzése

    blank_pageA tantárgy bemutatja a nagysebességű digitális áramkörök kiviteli tervezéséhez szükséges integrált tervezési módszereket. A tárgy lényegi célkitűzése az elméleti ismeretek elsajátításán túl az iparban felmerülő problémák és megoldások ismertetése, valamint gyakorlati tapasztalat szerzése a laboratóriumi gyakorlatok során, ahol a piacvezető Mentor Graphics integrált fejlesztői környezetének kezelését lehet elsajátítani. A laborgyakorlatok során különös hangsúlyt fektetünk a kapcsolási rajz és a nyomtatott áramkör (PCB) tervezés közti adatkapcsolatra, a megkötés szerkesztő (Constraint Editor) használatára, valamint a jelintegritásra (Signal Integrity), tápintegritásra (Power Integrity) és idő analízisre (Timing Analysis).

    8. A tantárgy részletes tematikája blank_pageTöbbrétegű nyomtatott áramkörök rétegszerkezetének (layer stack-up) tervezése, táp-síkok és huzalozási rétegek elhelyezése. A szabályozott hullámimpedancia tervezése, valamint az alkatrészek optimális elhelyezése és a NYÁK huzalozása. FPGA-k, általános célú processzorok, DSP-k tokjainak huzalozása, buszok, órajelek, differenciális párok huzalozása, a jelkésleltetés kihangolása. FPGA-k és processzorok integrálása komplex elektronikai rendszerekbe.A nagysebességű digitális áramkörökhöz kapcsolódó jelintegritási és tápintegritási problémák okai és kiküszöbölése. A huzalozás előtti, illetve utáni jelintegritás (Pre-layout and Post-layout Signal Integrity) és időanalízis (Timing Analysis) vizsgálatának ismertetése, valamint a tápellátás biztonságának (Power Integrity) és az elektromágneses szennyezésre vonatkozó előírások betartásának (EMC) vizsgálata. A komplex elektronikában fellépő termikus problémák eredete, szimulációja, és kiküszöbölése.A megkötés szerkesztő (Constraint Editor) használatának kiemelt ismertetése, amelynek segítségével biztosítani lehet a NYÁK tervezés során a mechanikai- és termikus tervezés, a táp- és jelintegritási korlátok, valamint az időanalízis során támasztott követelmények egységes kezelését. Heti bontásban:
    1. hét:
      1. Előadás: A tárgy bevezetése, elektronikus termékek fejlesztési módszere
      2. Labor: Ismerkedés a laborral és a Mentor Graphics Expedition Enterprise fejlesztői környezettel
    2. hét:
      1. Előadás: Alkatrész, NYÁK és gyártástechnológia
      2. Labor: Diszkrét alkatrészek ismertetése, kapcsolási rajz szerkesztésének előkészítése, kapcsolási rajz szimbólumainak szerkesztése
    3. hét:
      1. NYÁK huzalozás típusai, rétegszerkezetek, NYÁK tervezés folyamata, integrált fejlesztői környezet ismertetése
      2. Labor: Kapcsolási rajz szerkesztése, adatok átvitele a NYÁK tervezőbe
    4. hét:
      1. Előadás: Bevezetés a jelintegritás elméletébe (ellenállás, kondenzátor, tekercs a valóságban, örvényáramok, bőrhatás, közelhatás, nem ideális távvezeték, csatolt kapacitás és induktivitás, hullámimpedancia, visszaverődések)
      2. Labor: NYÁK alkatrész szimbólum könyvtár (symbol library), NYÁK rajzolatelem könyvtár (footprint library) szerkesztése
    5. hét:
      1. Előadás: Visszaverődések (reflexió) alapos vizsgálata különböző hullámimpedanciák, topológiák és lezárások esetén. A szabályozott hullámimpedancia fontossága, a NYÁK huzalozás egyes típusainak hullámimpedanciája.
      2. Labor: Rétegszerkesztés (layer stack-up) és alkatrészelhelyezés-tervezés (floorplanning)
    6. hét:
      1. Előadás: Visszaverődések nem lineáris áramkörök esetén, IBIS model részletes ismertetése, IBIS szerkesztő használata
      2. Labor: NYÁK kézi huzalozása
    7. hét:
      1. Előadás: Visszaverődések következményei (alullövés, túllövés, visszacsengés, szimbólumok interferenciája - ISI), visszaverődés a gyakorlatban, zaj elleni biztonsági tartalék, alkalmazott lezárások típusai és huzalozások topológiái
      2. Ismerkedés a Mentor Graphics HyperLynx jelintegritást végző szimulációs programjával
    8. hét:
      1. Előadás: Időanalízis készítése közös órajel esetén (előkészítési és tartási idők biztonsági ráhagyása), órajelekhez kapcsolodó fogalmak (elcsúszás és dzsitter), órajelek huzalozási topológiája (lánc, fa, H)
      2. Labor: Visszaverődések tanulmányozása (HyperLynx segítségével)
    9. hét:
      1. Előadás: Forrásszinkron órajelek időanalízise (előkészítési és tartási idők biztonsági ráhagyása), differenciális és beágyazott órajalek ismertetése
      2. Labor: Áramkör jelintegritás előszimulációja (javaslat a NYÁK huzalozására, megkötésszerkesztő használata a gyakorlatban)
    10. hét:
      1. Előadás: Időanalízis eredményének feltöltése a megkötésszerkesztőbe (Constraint Editor), huzalozott NYÁK abszolut és relatív jelkésleltetéseinek ellenőrzése
      2. Labor: Órajelek huzalozása különböző topológiákba, a visszaverődések okozta problémák vizsgálata (jelterjedés, kettős-óra hatás, óraelcsúszás), huzalozott NYÁK utólagos szimulációja
    11. hét:
      1. Előadás: Áthallás, közeli és távoli áthallás, áthallás következményei, kiküszöbölési módszerek
      2. Labor: Egyszerű (közös órajelű) memória interfész időanalízise, valamint a megkötésszerkesztő használata, huzalozott NYÁK jelkésleltetésének utólagos ellenőrzése
    12. hét:
      1. Előadás: Differenciális jelek alkalmazásának oka, differenciális jelek huzalozása, megkötésszerkesztő használata differenciális jelek esetén
      2. Labor: Áthallás és következményeinek vizsgálata, valamint csökkentésének módszerei, megkötésszerkesztő használata
    13. hét:
      1. Előadás: Tápintegritás (egyidejű kapcsolási zaj, föld/táp ugrálás) és elektromágneses interferencia
      2. Labor: Differenciális jelek huzalozása a gyakorlatban, megkötésszerkesztő alkalmazása a differenciális jelekre.
    14. hét:
      1. Előadás: Nyomtatott áramköri lapok termikus viselkedésének tanulmányozása, áramlási problémák, alkatrész elhelyezés termikus optimalizálása.
      2. Labor: A NYÁK és környezetének termikus viselkedés szimulációja a Flotherm program segítségével
    9. A tantárgy oktatásának módja (előadás, gyakorlat, laboratórium)

     blank_pageHeti 2 óra előadás, melyek során a hallgató előbb elsajátítja az elméleti és gyakorlati ismereteket, majd heti 2 órának megfelelő laborgyakorlaton önállóan megtervez különféle huzalozásokat, szimulációkat végez, és értékeli ezek eredményét. A laboratóriumi gyakorlatok az ipar által használt legkorszerűbb tervező eszközökön történnek, ipari tervező mérnökök felügyeletével. A laboratóriumi gyakorlatok 50 %-át a Hiradástechnika Tanszék biztosítja.

    10. Követelmények

     

     blank_pagea.              A szorgalmi időszakban: Jelenlét az előadások és a laborgyakorlatok min. 70%-án..Házi feladat elkészítése. Feladatkiadás a 4. oktatási héten. Beadás a 13. héten.Egy zárthelyi írása a szorgalmi időszak 12. hetében.   Az aláírás megszerzésének feltételei:<!--[if !supportLists]-->·                <!--[endif]-->Részvétel az előadásokon és a laborgyakorlatokon, <!--[if !supportLists]-->·                <!--[endif]-->Laborgyakorlatok sikeres teljesítése<!--[if !supportLists]-->·                <!--[endif]-->Elfogadott házi feladat megoldás (minimum elégséges osztályzattal)<!--[if !supportLists]-->·                <!--[endif]-->A korábbi években megszerzett aláírás érvényesithető, a zárthelyik eredményeire ez nem vonatkozik, azokat újra teljesíteni kell<!--[if !supportLists]-->·                <!--[endif]-->Zárthelyi legalább elégséges megírása.  b.              A vizsgaidőszakban: a tárgyból szóbeli vizsgát tartunk.   A végső érdemjegy 30% súllyal a zárthelyi, 20% súllyal a házi feladat és 50% súllyal az szóbeli vizsga érdemjegye. c.       Elővizsga: van
    11. Pótlási lehetőségek blank_pageA tárgyból 1 pótZH-t iratunk a szorgalmi időszakban, 1 pót-pótZH-t a pótlási időszakban. A házi feladat a pótlási héten még beadható.

    12. Konzultációs lehetőségek blank_pageA zárthelyi illetve a vizsganapok előtt, az előadókkal egyeztetett időpontokban biztosítunk konzultációs lehetőséget.

    13. Jegyzet, tankönyv, felhasználható irodalom blank_page1. Elektronikusan elérhető előadás fóliák2. Oktatók által készített laboratóriumi segédanyag3. Mentor Graphics Expedition PCB rendszerhez tartozó elektronikus használati útmutató

    14. A tantárgy elvégzéséhez átlagosan szükséges tanulmányi munka
    Kontakt óra56
    Félévközi készülés órákra 10
    Felkészülés zárthelyire 20
    Házi feladat elkészítése24
    Kijelölt írásos tananyag elsajátítása10
    Vizsgafelkészülés 
    Összesen 120
    15. A tantárgy tematikáját kidolgozta
    blank_page
    Dr Rencz Márta Egyetemi tanár Elektronikus Eszközök Tsz.
    Dr. Zólomy Imre Egyetemi tanár Elektronikus Eszközök Tsz.
    Dr. Farkas Ferenc Projektmenedzser és jelintegritás mérnök Ericsson Magyaroszág kft.
    Szűcs Zoltán Hardverfejlesztő mérnök Ericsson Magyaroszág kft.
    Dr.Koller István Egyetemi adjunktus Hiradástechnika Tanszék