Nagysebességű digitális rendszerek integrált fejlesztése II.

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

Adatlap utolsó módosítása: 2017. november 29.

Tantárgy lejárati dátuma: 2019. január 31.

Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem
Villamosmérnöki és Informatikai Kar
Villamosmérnöki Szak
Szabadon választható tárgy
Tantárgykód Szemeszter Követelmények Kredit Tantárgyfélév
VIEEAV15   2/0/2/v 4  
3. A tantárgyfelelős személy és tanszék Dr. Szabó Péter Gábor,
4. A tantárgy előadója

Név:

Beosztás:

Tanszék, Int.:

Dr. Szabó Péter Gábor

Egyetemi docens

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

5. A tantárgy az alábbi témakörök ismeretére épít

Elektronika, Digitális Technika, Elektromágneses Terek

6. Előtanulmányi rend
Kötelező:
NEM ( TárgyEredmény( "BMEVIEEAV03" , "jegy" , _ ) >= 2
VAGY
TárgyEredmény("BMEVIEEAV03", "FELVETEL", AktualisFelev()) > 0)

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

A kötelező előtanulmányi rend az adott szak honlapján és képzési programjában található.

Ajánlott:

Kötelező: Nagyfrekvenciás digitális rendszerek integrált fejlesztése I. (VIEEAV02) vagy Nagysebességű digitális rendszerek integrált fejlesztése I. (VIEEAV14), Elektromágneses terek

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 tervezése vagy a VIEEAV03 Nagyfrekvenciás digitális rendszerek integrált fejlesztése 2. 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 Híradástechnika 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 a 8. héten.

b.       Az aláírás megszerzésének feltételei:

·                laborgyakorlatok sikeres teljesítése

·                elfogadott otthoni házi feladat megoldás (opcionális)

·                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 laborgyakorlat 12,5%, a zárthelyi 12,5%, a házi feladat 25%, a vizsga 50% súllyal számít.

d.      Elővizsga: van.

11. Pótlási lehetőségek A tárgyból 1 pót ZH-t iratunk a szorgalmi időszakban. Pót-pót ZH főszabály szerint nincs. 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 óra

56

Készülés előadásokra

6

Készülés gyakorlatokra

0

Készülés laborra

14

Készülés zárthelyire

12

Házi feladat elkészítése

0

Önálló tananyag-feldolgozás

0

Vizsgafelkészülés

32

Összesen

120

15. A tantárgy tematikáját kidolgozta

Név:

Beosztás:

Tanszék, Int.:

Dr Rencz Márta

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

Mestertanár

Hálózati Rendszerek és Szolgáltatások Tanszék

Dr. Szabó Péter Gábor

Egyetemi adjunktus

Elektronikus Eszközök Tsz.