Nagyfrekvenciás digitális rendszerek integrált fejlesztése 2.

A tantárgy angol neve: Integrated Design of High-frequency Digital Circuits II.

Adatlap utolsó módosítása: 2015. január 28.

Tantárgy lejárati dátuma: 2015. június 30.

Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem
Villamosmérnöki és Informatikai Kar
Villamosmérnöki Szak

 

Szabadon választható tárgy
Tantárgykód Szemeszter Követelmények Kredit Tantárgyfélév
VIEEAV03   2/0/2/v 4  
3. A tantárgyfelelős személy és tanszék Dr. Szabó Péter Gábor, Elektronikus Eszközök Tanszéke
4. A tantárgy előadója
Név: Beosztás: Tanszék, Int.:
Dr. Szabó Péter Gábor Egyetemi adjunktus Elektronikus Eszközök Tsz.
Dr. Farkas Ferenc Projektmenedzser és jelintegritás mérnök Ericsson Magyarország Kft.
Szűcs Zoltán Hardverfejlesztő mérnök Ericsson Magyarország Kft.
Dr. Koller István Mestertanár Hálózati Rendszerek és Szolgáltatások Tanszék
Ericsson Magyarország munkatársai Meghívott előadók Ericsson Magyarország Kft.
5. A tantárgy az alábbi témakörök ismeretére épít

Elektronika, Digitális Technika, Elektromágneses Terek

6. Előtanulmányi rend
Ajánlott:

Kötelező: Nagyfrekvenciás digitális rendszerek integrált fejlesztése I. (VIEEAV02), Elektromágneses terek (VIHVA204)

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

A tárgyért nem kaphat kreditet, aki korábban kreditet szerzett a VIEEAV00 Nagyfrekvenciás digitális rendszerek komplex tervezése c. tárgyból.

7. A tantárgy célkitűzése A tantárgy bemutatja a jelintegritás, a tápintegritás, valamint az időanalízis az elméleti hátterét. Szervesen kapcsolódik a Nagyfrekvenciás digitális rendszerek integrált fejlesztése I. című tárgyhoz,, annak a folytatása. A tárgy lényegi célkitűzése az elméleti ismeretek elsajátításán túl az iparban felmerülő nagyfrekvenciás digitális áramkörökhöz kapcsolódó problémák és megoldások ismertetése, valamint gyakorlati tapasztalat szerzés biztosítása a laboratóriumi gyakorlatok során, ahol a piacvezető Mentor Graphics HyperLynx fejlesztői környezetének kezelését lehet elsajátítani. A laborgyakorlatok során különös hangsúlyt fektetünk a jelintegritásra (Signal Integrity), azon belül az egyes topológiák alkalmazhatóságára, a vezetékek lezárásaira, valamint a tápintegritásra (Power Integrity) és az idő analízisre (Timing Analysis).

 

8. A tantárgy részletes tematikája

A jelintegritás háttere, a jelintegritás mérnök fejlesztési módszerének ismertetése. A Mentor Graphics HyperLynx fejlesztői környezetének bemutatása. 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.

 

Heti bontásban:

 

  1. hét:
    1. Előadás: A tárgy bevezetése, a jelintegritás történelmi hátterének és a jelintegritás mérnök fejlesztési módszerének ismertetése
    2. Labor: Ismerkedés a laborral és a Mentor Graphics HyperLynx fejlesztői környezettel
  2. hét:
    1. Bevezetés a jelintegritás elméletébe (ellenállás, kondenzátor, tekercs a valóságban, örvényáramok, bőrhatás, közelhatás, nem ideális távvezeték, csatolt kapacitás és induktivitás, hullámimpedancia, hullámvisszaverődések)
    2. Labor: Egyszerű topológia létrehozása a HyperLynx programban, szimbólumok attribútumainak szerkesztése
  3. hét:
    1. Előadás: Passzív alkatrészek paraméterei, adatlapok értelmezése.
    2. Labor: Hullámvisszaverődések vizsgálata egyszerű (lineáris) adó-vevő pár esetén
  4. hét:
    1. Előadás: Hullámvisszaverődések (reflexió) alapos elméleti vizsgálata különböző hullámimpedanciák és lezárások esetén.
    2. Labor: Hullámvisszaverődések vizsgálata különböző lezárások esetén
  5. hét:
    1. Előadás: Hullámvisszaverődések gyakorlati következményei (alullövés, túllövés, visszacsengés), digitális áramkörök ki- és bemeneti paraméterei, adatlapok értelmezése, HyperLynx fejlesztői környezet ismertetése
    2. Labor: Hullámvisszaverődések vizsgálata különböző hullámimpedanciaváltásoknál
  6. hét:
    1. Előadás: Jelintegritás előszimuláció (Pre-layout  signal integrity) a HyperLynx programmal, vezetékek lezárásai a gyakorlatban
    2. Labor: Hullámvisszaverődések vizsgálata különböző topológiák, elágazások esetén (órafa vizsgálata)
  7. hét:
    1. Előadás: A szabályozott hullámimpedancia fontossága és a rétegszerkezet kialakítása; vezeték csillapításának, elágazásainak hatása a digitális jelekre
    2. Labor: A megkötésszerkesztő használata a jelintegritás mérnök szemszögéből nézve
  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: Időanalízis készítése közös órajel esetén
  9. hét:
    1. Előadás: Hullámvisszaverődések szimulációja nem lineáris áramkörök esetén, IBIS model részletes ismertetése, IBIS szerkesztő használata
    2. Labor: Egy komplett áramkör előszimulációjának elvégzése IBIS modellek alkalmazásával (reflexiók vizsgálata)
  10. hét:
    1. Előadás: Áthallás (cross-talk), közeli és távoli áthallás, áthallás következményei, kiküszöbölési módszerek
    2. Labor: Áthallás vizsgálata különböző topológiák esetén a HyperLynx program segítségével
  11. hét:
    1. Előadás: Differenciális vezetékek huzalozása és lezárása
    2. Labor: Egy komplett áramkör előszimulációjának elvégzése IBIS modellek alkalmazásával (áthallás vizsgálata)
  12. hét:
    1. Előadás: Időanalízis készítése forrásszinkron órajel esetén, DDR memóriák időanalízise
    2. Labor: Differenciális vezetékek huzalozásának és lezárásainak vizsgálata
  13. hét:
    1. Előadás: Bevezetés a tápintegritásba (egyidejű kapcsolási zaj, föld/táp „ugrálás”)
    2. Labor: Időanalízis készítése forrásszinkron órajel esetén
  14. hét:
    1. Előadás: Bevezetés az elektromágneses interferencia problémáiba
    2. Labor: Tápintegritás vizsgálata
 

 

9. A tantárgy oktatásának módja (előadás, gyakorlat, laboratórium) Heti 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 Hálózati Rendszerek és Szolgáltatások Tanszék biztosítja.

 

10. Követelmények

a.       A szorgalmi időszakban: a laborgyakorlatok legalább 70 %-án jelenlét, az előadások látogatása a sikeres munka feltétele

Opcionális otthoni házi feladat elkészítése.

Egy zárthelyi írása előadás időben.

b.       Az aláírás megszerzésének feltételei:

·                laborgyakorlatok sikeres teljesítése

·                elfogadott otthoni házi feladat megoldás (opcionális)

·                a korábbi években megszerzett aláírás érvényben van két évig, a zárthelyik eredményeire ez nem vonatkozik, azokat újra teljesíteni kell

·                zárthelyi legalább elégséges megoldása. 

c.       A vizsgaidőszakban: szóbeli vagy írásbeli vizsga.

A végső érdemjegyet 25% súllyal a laborgyakorlat, 25% súllyal a zárthelyi, és 50% súllyal az írásbeli vagy szóbeli vizsga érdemjegye határozza meg. Opcionális házi feladat elkészítése esetén a vizsga csak 25% súllyal kerül beszámításra (25% súllyal a házi feladat kerül).

d.      Elővizsga: van.

11. Pótlási lehetőségek

A tárgyból 1 pótZH-t iratunk a szorgalmi időszakban, 1 pót-pót ZH-t a pótlási időszakban. Az opcionális  házi feladat a pótlási héten még beadható.

12. Konzultációs lehetőségek

A zárthelyi illetve a vizsganapok előtt, az előadókkal egyeztetett időpontokban biztosítunk konzultációs lehetőséget.

13. Jegyzet, tankönyv, felhasználható irodalom

1. Elektronikusan elérhető előadás fóliák

2. Oktatók által készített laboratóriumi segédanyag

3. Mentor Graphics Expedition PCB rendszerhez tartozó elektronikus használati útmutató

14. A tantárgy elvégzéséhez átlagosan szükséges tanulmányi munka
Kontakt óra56
Félévközi készülés órákra10
Felkészülés zárthelyire20
Házi feladat elkészítése14
Kijelölt írásos tananyag elsajátítása10
Vizsgafelkészülés10
Összesen120
15. A tantárgy tematikáját kidolgozta
Név:

 

Beosztás:

 

Tanszék, Int.:

 

Dr Rencz Márta

 

Egyetemi tanár

 

Elektronikus Eszközök Tsz.

 

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.

 

Dr.Koller István

 

Egyetemi adjunktus

 

Hálózati Rendszerek és Szolgáltatások Tanszék