2.5. Шина st-bus

Все цифровые системы передачи должны осуществлять прием и передачу в соответствии с требованиями МККТТ, чтобы не возникало проблем их стыковки между собой. Однако при обработке группового сигнала непосредственно в самом оборудовании структура первичного цифрового группового сигнала подвергается преобразованию для облегчения обработки. Структура «внутреннего» группового сигнала может быть различной в разных устройствах, в зависимости от используемой элементной базы. В блоке ОГМ используются микросхемы фирмы «MITEL», работающие с потоком ST-BUS. Преобразование первичного группового потока в поток ST-BUS осуществляется в микросхеме МТ9079 фирмы «MITEL» в плате внешнего стыка.

На выходе приемной части приемопередатчика МТ9079 формируются сигналы BDR1 и BSR1. Структура сигналов показана на Рис. .

Рис. 2.6. Структура сигналов на выходе приемной части приемопередатчика.

Каждый сигнал состоит из 32 временных интервалов ( ВИ ), которые составляют 1 цикл. Каждый временной интервал состоит из 8 бит.

В сигнале BDR1 каждый временной интервал ( ВИ ) содержит информацию соответствующую информации в канальном интервале ( КИ ) того же порядкового номера в первичном цифровом групповом сигнале.

В сигнале BSR1 содержится информация сверхцикла, т.е. КИ16 и служебная информация в служебных словах S1, S2, S3, S4. Соответствие между структурой сигнала BSR1 и структурой первичного цифрового группового сигнала ( цикл, КИ ) приведено в Табл. 2.1.

Табл. 2.1.

Электрические параметры сигналов соответствуют МОП-уровням. Скорость передачи сигналов равняется 2048 кбит/с. Приемопередатчик имеет эластичную память, которая позволяет синхронизировать все выходные сигналы от одной частоты 2048 кГц (сигнал F2M). F0 - метка начала сверхцикла, устанавливает приемопередатчик в синхронизм. Временные диаграммы сигналов показаны на Рис. 2.7.

На передающую часть приемопередатчика поступают сигналы BDT1, BST1, по кроссплате блока ОГМ.

Структура сигналов BDT1, BST1 не отличается от структуры сигналов BDR1 и BSR1.

Информация из ВИ сигнала BDT1 транслируется в соответствующий КИ первичного цифрового группового сигнала.

Рис. 2.7. Временные диаграммы сигналов приемной части приемопередатчика.

3.Современные технологии проектирования и производства рэа.

3.1. Система автоматизированного проектирования Cadence.

Последние десятилетия характеризуются бурным развитием электроники. Она проникла во все сферы жизнедеятельности человека. Сложность электронных устройств возрастет быстрыми темпами. Благодаря достижениям в современных технологиях производства электронных изделий достигнута очень высокая степень миниатюризации. Поэтому при разработке радиоэлектронной аппаратуры на современном базисе сейчас практически невозможно обойтись без мощных систем автоматизированного проектирования. Одной из наиболее продвинутых и пользующихся популярностью является САПР фирмы Cadence Systems Inc. Cadence Systems Inc. является мировым лидером в разработке т.н. EDA-систем (Electronic Design Automatization) - САПР для электронных систем. Cadence - система комплексной автоматизации процесса проектирования. Она включает в себя несколько взаимосвязанных и взаимодействующих модулей.

Cadence позволяет проводить :

• моделирование работы аналоговых устройств,

• моделирование работы цифровых устройств,

• моделирование работы смешанных устройств,

• физическое моделирование,

• размещение компонентов (в ручном, и автоматическом режимах)

• трассировку печатных проводников (в ручном, и автоматическом режимах)

• температурный анализ при размещении элементов на плате ( для обеспечения нормальных тепловых режимов работы ).

• анализ шумовых характеристик схемы

• выпуск конструкторской документации ( чертежей принципиальных схем, печатных плат, сборочных чертежей и т.д.)

Cadence дает возможность не только разработать печатную плату, но и по результатам физического моделирования откорректировать схему.

3.2. Программируемые логические интегральные схемы фирмы ALTERA и система автоматизированного проектирования MAX+PLUS II.

Программируемые логические интегральные схемы ( ПЛИС ), а в зарубежной литературе именуемые PLD ( programmable logic devices ), - это полу заказные цифровые БИС, которые благодаря архитектурным и технологическим особенностям можно разрабатывать и изготовлять без специализированного технического оборудования. ПЛИС появились на мировом рынке в середине 80-х гг. И сразу получили широкое распространение, переместив процесс создания специализированной БИС с завода на рабочее место проектировщика. Цикл разработки БИС сократился до нескольких часов, и значительно уменьшились соответствующие затраты.

С начала 90-х гг. наибольшим спросом пользуются ПЛИС , обладающие :

• высокой логической интеграцией на основе технологий КМОП;

• быстродействием до 80 -100 МГц и выше;

• возможностью программирования ( загрузки внутренней конфигурации ) без программатора.

Всем этим требованиям соответствуют ПЛИС фирмы ALTERA ( США ) - мирового лидера в области ПЛИС. В настоящее время ALTERA выпускает семь семейств ПЛИС различной архитектуры [ 14 ].

В России наиболее известны ПЛИС классического ( Classic ) семейства, некоторое время выпускаемые компанией INTEL. Основными преимуществами этих микросхем являются простота, низкая стоимость, удобные для монтажа DIP- корпуса, микропотребление энергии в статическом режиме и возможность поддержки отечественными средствами ( САПР “ФОРС+” , программаторы “Блиц”, ”Стерх”, ”Форсис” ). ПЛИС ЕР220 заменяет любую микросхему серии 1556 ( ХП4, ХП6, ХП8, ХЛ8 ) .

Все ПЛИС изготавливаются по технологии КМОП с ультрафиолетовым стиранием ( EPROM ), обеспечивающей следующие параметры энергопотребления:

• в статическом режиме - 10-30 мкА;

• на частоте 1 МГц - 2-8 мА;

• при увеличении тактовой частоты - 1 мА/МГц.

Для снижения цены на 30-40% при серийном производстве изделий все ПЛИС также выпускаются в пластмассовых корпусах ( DIP и PLCC ) с однократным программированием.

Недостатками ПЛИС классического семейства являются относительно невысокая степень интеграции и некоторые особенности архитектуры: отсутствие у триггеров входа установки в “1” ( SET ), блокирование контактов при реализации внутренних элементов памяти.

Этих недостатков полностью лишены ПЛИС семейств MAX7000 и FLASHlogic, которые имеют матричную архитектуру, т.е. содержат программируемые матрицы логических вентилей “И”, ”ИЛИ” и триггеры.

Семейство MAX7000 состоит из семи микросхем со степенью интеграции от 1200 до 10000 эквивалентных логических вентилей, содержащих от 32 ( EPM7032 ) до 256 ( EPM 7256 ) триггеров.

Дополнительно выпускается ПЛИС EPM7032V - функциональный аналог микросхемы EPM7032 с напряжением питания 3,3 В.

ПЛИС семейства MAX7000 изготавливаются по технологии КМОП с электрическим стиранием ( EEPROM ). Они обеспечивают:

• минимальную задержку распространения сигнала от входа до выхода 5 нс.;

• максимальную тактовую частоту 190 МГц;

• до 100 циклов программирования/стирания.

ПЛИС семейства MAX7000 имеют гибкую архитектуру. Их макроячейки содержат по две независимые линии обратной связи; с триггера и с контакта. Это позволяет использовать триггер в качестве внутреннего регистра, а контакт одновременно - как входной порт. Дополнительными ресурсами ПЛИС являются термы расширения ( expander terms ) - конъюнкторы, инверсные выходы которых образуют обратные связи с матрицей элементов “И”. Термы позволяют формировать управляющие сигналы ( например, CLK, SET, RESET ) без затрат макроячеек. В результате перераспределения термов между макроячейками число входов элементов “ИЛИ” может быть увеличено до 32.

Каждая макроячейка имеет индивидуальный турбо бит, программирование которого позволяет уменьшить потребляемую мощность при некотором снижении быстродействия. Начиная с 1996 г. все ПЛИС семейства MAX7000 будут выпускаться в варианте ISP ( in system programmable - программируемые в системе ). Это позволит программировать и стирать схему непосредственно на рабочей плате через 4-й сигнальный интерфейс , подключенный к порту компьютера. Наличие программатора становится необязательным, что значительно упрощает и удешевляет применение ПЛИС.

ПЛИС семейства MAX7000 имеют низкую стоимость. Например , цена микросхемы ЕРМ7032 составляет менее 7 $, а микросхемы ЕРМ7128 - менее 25$.

С появлением семейства MAX7000 значительно уменьшилась практическая ценность выпускавшихся ранее ПЛИС семейства MAX5000, т.к. появились аналоги всех микросхем ( например, ЕРМ5128 - ЕРМ7128 ) с лучшими характеристиками быстродействия и энергопотребления по более низким ценам.

MAX+PLUS® II - это система автоматического проектирования программируемых логических интегральных схем ( ПЛИС ), разработанная Altera Corporation, мировым лидером по производству ПЛИС.

MAX+PLUS® II - это многофункциональный программный продукт , обеспечивающий проектировщику возможность полного проектирования ПЛИС, начиная с ввода схемы, которую проектировщик собирается реализовать на ПЛИС и заканчивая программирования самой ПЛИС на программаторе.

MAX+PLUS® II предлагает следующие возможности для пользователя:

• ввод внутренней структуры ПЛИС путем графического ввода функциональной схемы;

• ввод внутренней структуры ПЛИС c помощью языка программирования высокого уровня Altera Hardware Description Language ( AHDL ), который полностью встроен в оболочку MAX+PLUS® II ;

• моделирование работы ПЛИС в виде временных диаграмм;

• при наличии программатора произвести запись спроектированной структуры в ПЛИС и др.

При описании внутренней структуры ПЛИС с помощью AHDL возможны несколько вариантов.

В первом варианте проводить описание структуры в примитивах, т.е. используя простейшие функции типа RS-триггер ,D-триггер, T-триггер, JK-триггер и др.

При втором варианте проводить описание при помощи примитивов и мега-функций.

Мега-функции представляют собой сложные логические функции типа счетчик, мультиплексор, дешифратор, регистр и др.

Преимуществом первого варианта является то, что транслятор затрачивает меньше времени на преобразование простейших функций языка AHDL в машинные коды.

Недостатками данного варианта является большой объем текста программ и необходимость подробного описания всей системы.

Во втором варианте, при использовании мега-функций, отпадает надобность подробного описания элементов в том смысле , что программист задает только параметры сложной логической функции. Для примера, используя мега-функцию lpm_counter счетчик можно описать , задав только тактируемый вход и ширину самого счетчика. Это значительно уменьшает объем, занимаемый текстом программы, а также позволяет несколько сократить время написания программы.

Недостатком является то, что на трансляцию программы в машинные коды затрачивается больше времени по сравнению с первым вариантом.

Но в конечном итоге результат получается одинаковым, поэтому стиль написания программного продукта целиком зависит от проектировщика.

При отладке написанного программного продукта SIMULATOR MAX+PLUS® II позволяет подробно рассмотреть результат работы ПЛИС в виде временных диаграмм. Проектировщик может выбирать различные выходы и промежуточные состояния, описанные в программе, а также задавать различные входные воздействия.

3.3. Технология поверхностного монтажа.

Стремительное развитие техники поверхностного монтажа компонентов объясняется прежде всего экономическими соображениями, т.к. позволяет в процессе конструирования электронной аппаратуру уменьшить габариты, снизить расход материалов и энергии, объем и массу корпусов и стоек, в которых должны размещаться электронные системы, и следовательно, уменьшить площадь сооружений [ 15 ]. Используя технику поверхностного монтажа, можно создавать более быстродействующие , помехоустойчивые и надежные радиоэлектронные и электронно-вычислительные средства.

Технология поверхностного монтажа компонентов по сравнению с существующей технологией обладает важнейшим критерием прогрессивности: обеспечивает миниатюризацию аппаратуры при одновременном росте ее функциональной сложности. Это отвечает требованиям рынка электронных изделий и особенно требованиям вычислительной техники.

Достоинства микрокорпусов. Термин “технология поверхностного монтажа” является общим обозначением нового направления в области электроники, включающего и технику корпусирования компонентов. Навесные компоненты, предназначенные для поверхностного монтажа, в основном, намного меньше, чем их традиционные эквиваленты, монтируемые в отверстия. Вместо длинных выводов или штырьков, как у корпусов, монтируемых в отверстия, они имеют очень короткие выводы или просто внешние контактные площадки. Такие компоненты непосредственно закрепляются на верхней ( или нижней ) стороне коммутационной платы при совмещении их выводов или внешних контактов с контактными площадками.

Малые размеры компонентов для ТПМК обеспечивают:

• более высокую плотность монтажа на единицу площади коммутационной платы и , следовательно, дают снижение массо-габаритных показателей при этом же уровне функциональных возможностей.

• Увеличение числа выводов корпуса ( например, пластмассовый кристаллоноситель PLCC имеет 84 вывода) и, следовательно, повышение функциональных возможностей на единицу поверхности коммутационной платы.

Отмечая преимущества конструкции, разработанной на базе ТПМК, не следует умалчивать о сложном комплексе проблем, возникающих на этапе ее производства. Появление компонентов для ТПМК способствовало осуществлению и развитию процесса автоматизированной сборки. Но по мере перехода от простых чипов резисторов и конденсаторов к сложным корпусам ИС проблемы установки компонентов, пайки, проверки, испытаний и ремонта вылились в сложную систему технологических ограничений. Использование компонентов для ТПМК, несомненно, может дать целый ряд преимуществ. Именно поэтому год от года возрастают темпы освоения процесса поверхностного монтажа. В настоящее время разработчики, благодаря достоинствам новой технологии, имеют возможность уменьшать количество плат в проектируемом изделии. Применение корпусов с короткими выводами или внешними контактными площадками способствует также уменьшению величины паразитных индуктивностей, что особенно важно , например , в СВЧ-устройствах. Кроме того, для таких корпусов не требуется формовка и обрезка выводов .Конструирование изделий с поверхностным монтажом может быть довольно гибким: возможны варианты конструкторско-технической реализации изделия, в том числе и смешанный вариант с использованием компонентов для ТПМК и компонентов для установки в отверстия, если это целесообразно. Обычно с помощью техники поверхностного монтажа можно получить весьма высокую надежность, хотя в некоторых случаях она не обязательно выше той, которая присуща корпусам, монтируемым в отверстия. Корпуса для ТПМК , например , более устойчивы к воздействию вибрации, чем их традиционные аналоги.

Технологичность. Поверхностный монтаж допускает высокоскоростную автоматическую установку компонентов с частотой появления дефектов (100-1000)*10^-6 в зависимости от сложности конструкции корпуса. Недостаток коммутационных плат ( КП ) для ТПМК заключается в том, что они менее удобны, чем традиционные, для проверки, испытаний и ремонта. Многовыводные корпуса требуют проектирования узких коммутационных дорожек с малым шагом между ними и , если не оптимизированы условия пайки, могут возникнуть проблемы, связанные с образованием перемычек припоя между соседними проводящими дорожками и выводами. В любом случае существуют некоторые ограничения налагаемые, например, в отдельных случаях на пайку компонентов волной припоя или погружением либо на методы пайки расплавлением дозированного припоя; для большинства коммутационных плат весьма трудно осуществить эффективную визуальную проверку качества пайки, поскольку выводы компонентов могут быть полностью скрыты телом самого компонента; в то же время использование топологии платы, обеспечивающей осмотр каждого соединительного узла за пределами периметра корпуса компонента, неизбежно привело бы к неэффективному использованию рабочего поля платы. Таким образом, необходимо тщательно прорабатывать вопросы испытания изготовленных плат.

Отвод тепла. Проблема теплоотвода, по-видимому , одна из наиболее распространенных и трудных в количественной оценке для изделий с применением ТПМК. Вследствие малого расстояния между компонентами количество тепла, выделяемого компонентами на единицу площади платы, существенно увеличивается. При разработке конструкции платы отвод тепла должен обязательно учитываться. Для улучшения теплоотвода можно использовать, например, платы на основе инвара, плакированного медью, хотя они дороже и массивнее обычных стеклоэпоксидных плат, которые также используются в ТПМК. Несогласованность коэффициентов расширения контактирующих материалов платы и корпуса компонента приводит реально к усталостным напряжениям и развитию дефектов в местах пайки вследствие постоянного термоциклирования, связанного с цикличностью работы устройства. В конечном итоге может развиться обширное коробление и плата разрушится. По этой причине на традиционных платах нецелесообразно монтировать компоненты в керамических корпусах с габаритами, превышающими 6 мм, а в процессе проектирования плат приходится принимать альтернативные решения.

Экономический аспект ТПМК. Во многих случаях прямой экономический выигрыш , который может дать ТПМК по сравнению с техникой монтажа в отверстия, не предсказуем. Корпуса для ТПМК дороже обычных корпусов, требуют плат более сложной конструкции, не обеспечивают приемлемого выхода годных изделий на этапе внедрения, требуют больших затрат на испытания и ремонт и , что более важно, требуют начальных капиталовложений порядка по меньшей мере полумиллиона долларов.

Преимущества техники поверхностного монтажа не могут быть оценены только прямым сопоставлением с экономическими показателями техники монтажа в отверстия. Стимулами развития и доказательством прав на существование ( жизненности ) поверхностного монтажа являются уменьшение массо-габаритных показателей и увеличение функциональных возможностей аппаратуры.

4. ОБОРУДОВАНИЕ СОНАПРАВЛЕННОГО СТЫКА ОД-110.