Содержание
USB IP для процессов FinFET | Программное обеспечение DesignWare IP
Мортен Кристиансен, менеджер по техническому маркетингу, USB IP, Synopsys
Разработчикам систем-на-кристалле требуется постоянное сокращение площади, а также повышение производительности и мощности в активном и холостом режиме. Непрерывный поиск лучших транзисторов привел к сверхтонкому корпусу, транзисторам с двойным затвором и транзисторам с омега-затвором. FinFET — это последняя разработка в области перехода от дискретных транзисторов через ИС к СБИС, к ASIC, к SoC, к сложным SoC. Полевые транзисторы FinFET обеспечивают более высокую производительность, меньшую активную мощность и мощность в режиме ожидания, а также меньшую площадь и, следовательно, являются ключом к удовлетворению требований к площади и мощности для технологических узлов ниже 28 нм.
Для успешного переноса IP на FinFET поставщики IP должны хорошо понимать проблемы, связанные с FinFET, включая сложности процессов моделирования, паразитного извлечения, колебаний мощности, учета ширины ребер и даже литографии и производства.
Проблемы FinFET для разработчиков IP
Транзисторы FinFET
представляют собой настоящую трехмерную структуру, в отличие от планарных FET. Благодаря этой архитектуре утечка или ток холостого хода могут быть сведены практически к нулю. Линейность улучшена, а ток сток-исток более тесно связан с током затвора.
Проектирование с FinFET сложнее, чем с планарными CMOS. Разработчики не могут просто использовать существующие 2D- и 2,5D-модели для планарных КМОП, потому что FinFET представляет собой трехмерную структуру, которая сталкивается с более разделенными сопротивлением и емкостью по сравнению с планарной структурой. Трехмерная структура требует более сложной модели и большего количества операций с данными, чем планарные транзисторы, что делает трехмерные модели устройств FinFET гораздо более сложными. Например, необходимо моделировать и учитывать даже влияние механического напряжения ребер.
Кроме того, размер FinFET является дискретным.
Ширина транзистора (W), которая является одной из основных переменных для настройки размеров транзистора, больше не является континуумом. Дискретный размер ребер, многореберные и составные транзисторы привносят новую переменную в конструкцию без каких-либо простых обходных путей, с которыми разработчики ранее не сталкивались (рис. 1). Наконец, правила изменения длины канала или смещения корпуса либо гораздо более строгие, либо имеют ограниченную пользу из-за внутренних характеристик технологии FinFET.
Рисунок 1(a): Плоский MOSFET Рисунок 1(b): FinFET Рисунок 1(c): Многореберный FinFET
Требования FinFET к проектировщикам пределов двойного шаблона с строгими правилами компоновки. С FinFET изменения задержки затвора в зависимости от процесса, напряжения и температуры (PVT) могут стать менее выраженными; однако другие изменения процесса становятся эффектами первого порядка. Например, изменения, вызванные случайными колебаниями легирующей примеси, шероховатостью края линии и напряжением, вызванным компоновкой, в конечном итоге проявляются как изменения в работе устройства.
Сдвиги порогового напряжения и локальные токи могут влиять на синхронизацию и мощность для цифровых схем, в то же время сильно изменяя производительность для аналоговых схем. Несоответствия между смоделированной схемой и фактической схемой, извлеченной из схемы, требуют итеративного процесса для устранения разрыва. Эффекты старения NTBI и PBTI более выражены и изменяют поведение цепей.
Короче говоря, первоначальный проект FinFET оказался более сложным. Новые узлы процесса, используемые для FinFET, не настолько зрелы, как старые планарные процессы CMOS. Правила проектирования все еще могут быть изменены. Цепи для инструментов новые. Не все FinFET одинаковы. Опыт есть сумма всех ошибок; опыт проектирования почти нулевой. А провал в FinFET стоит дорого.
Даже если FinFET является сложной задачей, использование FinFET позволяет разрабатывать SoC с меньшей площадью, меньшим энергопотреблением и более высокой производительностью.
Первый успех кремния для USB PHY в процессе FinFET
Высокоскоростной дизайн PHY представляет собой комбинацию цифрового, аналогового и радиочастотного дизайна.
Каждый новый технологический узел демонстрирует большую изменчивость производительности транзисторов и ставит новые задачи перед высокоскоростными физическими модулями. Использование передовых методологий проектирования и проверки имеет решающее значение для обеспечения того, чтобы PHY работали при всех изменениях процесса, напряжения и температуры в течение всего срока службы ASIC.
Synopsys тесно сотрудничает с литейными заводами и помогает заказчикам разрабатывать высокоскоростные PHY на FinFET. Это гарантирует доступность проверенного высокоскоростного PHY IP одновременно с появлением нового узла процесса. Например, недавно анонсированный DesignWare USB femtoPHY представляет собой USB PHY четвертого поколения Synopsys, и каждое поколение предлагало значительно меньшую площадь (рис. 3) и более низкое энергопотребление. Вопреки распространенному мнению, площадь аналоговых схем, используемых в высокоскоростных физических устройствах, не уменьшается автоматически с новыми технологическими узлами.
Многие аналоговые стандартные блоки увеличиваются в размерах из-за новых правил проектирования и ограничений, и Synopsys добилась сокращения площади и мощности для каждого нового поколения PHY за счет разработки новых архитектур PHY, инновационных схемных решений и оптимизированных конструкций, основанных на четком понимании каждого нового узла процесса. .
Новый DesignWare® USB 3.0 и 2.0 femtoPHY IP: успех FinFET Silicon
Просмотрите результаты испытаний кремния нового семейства DesignWare USB femtoPHY. Фемтофизические интерфейсы DesignWare USB 3.0 и 2.0, доступные в настоящее время на основе ведущих технологических процессов FinFET, уменьшают площадь USB на 50% по сравнению с предыдущими поколениями.
Жерве Фонг
Старший менеджер по маркетингу продукции, USB IP
Модули Synopsys USB femtoPHY в FinFET прошли тестирование на соответствие стандарту USB-IF и внесены в список интеграторов USB-IF.
Прохождение проверки на соответствие при комнатной температуре и номинальном напряжении первому кремниевому тестовому чипу похвально; однако этого недостаточно для реальных проектов. Поэтому Synopsys охарактеризовала первые тестовые микросхемы FinFET по напряжению и температуре, включая наихудшие комбинации, как показано в видео ниже. Присмотревшись, вы можете увидеть образование льда при тестировании при температуре -40°C, леденящей кровь. При бешеных +125С лед и вода испаряются.
Первый успех кремния показывает, что разработчики Synopsys USB PHY понимают технологию FinFET. Модели транзисторов и инструменты проектирования точны. Конструкция USB PHY надежна. Благодаря успеху DesignWare USB 2.0 и 3.0 IP для процессов FinFET, разработчики могут проектировать SoC FinFET с меньшим риском, а разработчики SoC и продуктов могут сосредоточиться на своей основной деятельности.
События
Synopsys 224G и 112G Ethernet PHY IP OIF Interop на ECOC 2022
Синопсис
Perceive Ergo SoC с процессором ARC и защитой IP
Synopsys ARC NPX Neural Processing Unit IP — самый производительный в отрасли NPU IP
ПОДКАСТЫ
Всеобъемлющий путь к успеху кремния для высокопроизводительных вычислений и центров обработки данных
От центров обработки данных к устройствам — непрерывная [р]эволюция вычислений ИИ
Информационные бюллетени
Технический бюллетень
: последняя IP-информация о безопасных интерфейсах, 112G Ethernet, CXL и узкополосном IoT.
Компьютерное программирование — документация MagnaLOAD ARx Series 1
Каждая электронная нагрузка MagnaLOAD DC имеет следующие доступные коммуникационные соединения:
Все коммуникационные соединения используют одну и ту же внутреннюю коммуникационную шину; одновременно может использоваться только один коммуникационный интерфейс.
Дисплей меню на передней панели всегда показывает, какой коммуникационный интерфейс активен. Электронная нагрузка MagnaLOAD
Интерфейс USB на передней панели имеет наивысший приоритет. Когда физически установлено переднее или заднее USB-подключение, электронная нагрузка MagnaLOAD автоматически переключится на компьютерное управление с RS485 на вновь подключенный USB-порт. И наоборот, когда команда отправляется через дополнительный интерфейс LXI TCP/IP Ethernet или IEEE-488 GPIB, электронная нагрузка MagnaLOAD автоматически переключается на компьютерное управление через порт Ethernet или GPIB с новой связью. Для обратного переключения на USB необходимо отсоединить и снова подсоединить штекер USB или выключить и снова включить электронную нагрузку MagnaLOAD. RS485 является интерфейсом с самым низким приоритетом и имеет управление только тогда, когда порты USB отключены и нет связи через интерфейсы LXI TCP/IP Ethernet или IEEE-488 GPIB.
8.1. Communications Validation
Важно установить и проверить основные коммуникационные функции, прежде чем начинать проект сложного компьютерного интерфейса.
Следующие инструкции предназначены для того, чтобы помочь клиентам локализовать проблемы, связанные с настройками компьютера, проводкой и электрическими помехами. Инструкции по проверке также обеспечивают общую среду, в которой Magna-Power может воспроизвести проблемы в обращениях в службу поддержки и лучше обслуживать клиентов.
Если они еще не установлены, Magna-Power Electronics рекомендует использовать программы эмуляции терминала под названием PuTTY для создания последовательных соединений.
8.1.1. USB Communications Validation
USB использует последовательную связь. Для проверки выполните физическое соединение между разъемом USB типа B на электронной нагрузке MagnaLOAD и разъемом USB типа A на компьютере. Распиновка этих разъемов описана в разделе Интерфейс USB. Подключитесь с помощью стандартного USB-кабеля, входящего в комплект поставки продукта. На передней панели отображается активное состояние коммуникационного интерфейса. Если передний порт USB был подключен, дисплей должен перейти с RS485 на USB2.
Если задний USB был подключен, дисплей должен перейти с RS485 на USB1. После физического соединения устанавливается сеансовое соединение с электронной нагрузкой MagnaLOAD.
Откройте Диспетчер устройств и под портами запишите номер COM-порта, как показано на рис. 8.1.
Рис. 8.1 Окно диспетчера устройств
Откройте PuTTY и выберите меню Session . Введите COM-порт, который был найден в диспетчере устройств , и введите 115200 для Speed . Установите Connection type на Serial , как показано на рис. 8.2.
Рис. 8.2 Настройки сеанса PuTTY
Выберите Терминал и установите Force на для всех опций. Нажмите кнопку Open , чтобы начать сеанс связи с электронной нагрузкой MagnaLOAD, как показано на рис. 8.3.
Рис. 8.3 Настройки терминала PuTTY
Сеанс должен открыть новое пустое окно. Введите команду:
При совпадении настроек и правильном подключении проводов окно сеанса должно выглядеть, как на рис.
8.4.
Рис. 8.4 Выходные данные сеанса терминала PuTTY
8.1.2. Проверка связи RS485
RS485 также использует последовательную связь. Большинству клиентов потребуется адаптер USB-to-RS485 (не входит в комплект), чтобы компьютер мог подключаться к RS485. Подойдет любой адаптер RS485, если он поддерживает полудуплексную связь и скорость 115200 бод. Magna-Power Electronics рекомендует адаптеры USB-COM485-PLUS1 и USB-COM485-PLUS4 от FTDI. Адаптер будет последовательным портом(ами) в диспетчере устройств Windows .
Клиенты также должны будут создать свой собственный кабель. Электронная нагрузка MagnaLOAD подключается к RS485 через разъем RJ45, расположенный сзади. RJ45 легко соединяется с кабелями Ethernet категории 5. При обжиме проводов к разъему обязательно следуйте выводам, описанным в интерфейсе RS485.
По умолчанию интерфейс RS485 активен, когда никакие другие интерфейсные кабели связи не подключены. На переднем дисплее всегда будет отображаться состояние RS485, даже если провод отключен.
Как только компьютер и электронная нагрузка MagnaLOAD будут физически подключены, откройте PuTTY и следуйте инструкциям, описанным в разделе «Проверка USB-коммуникаций», чтобы установить последовательное соединение и протестировать его.
8.2. Методы программирования
Существует большой выбор команд и интерфейсов, которые можно использовать для программирования электронной нагрузки MagnaLOAD. Компьютер может обмениваться данными с электронной нагрузкой MagnaLOAD с помощью USB, RS485, Ethernet или GPIB. Программируемый логический контроллер может управлять работой электронной нагрузки MagnaLOAD через контакты аналогового ввода-вывода и цифрового ввода-вывода, расположенные на заднем разъеме.
Электронная нагрузка MagnaLOAD реализует стандартные команды для программируемых приборов (SCPI), протокол, который обменивается данными с помощью простых команд ASCII через стандартный последовательный порт. Эти команды подробно описаны в наборе команд SCPI. Простые цифровые и аналоговые интерфейсы продукта подробно описаны в разделе «Эксплуатация: внешний пользовательский ввод-вывод».
8.3. Связь через USB
Два порта USB входят в стандартную комплектацию всех электронных нагрузок MagnaLOAD. Magna-Power Electronics реализует стек протоколов USB, используя набор микросхем FTDI, устройство plug and play (PnP), которое автоматически устанавливает драйверы. Подключение к компьютеру можно осуществить с помощью стандартного USB-кабеля, один конец которого подключается к электронной нагрузке MagnaLOAD, а другой — к управляющему устройству. Параметры коммуникационного порта показаны в таблице 8.1. Инструкции по установлению простого последовательного сеанса обсуждаются в разделе Проверка USB-коммуникаций.
| Параметр | Значение |
|---|---|
| Бод | 115200 |
| Биты данных | 8 |
| Стоповые биты | 1 |
| Паритет | Нет |
| Управление потоком | ХОН/ХОФФ |
8.
4. Связь RS485
Один порт RS485 входит в стандартную комплектацию всех электронных нагрузок MagnaLOAD. Соединение с компьютером можно установить с помощью модифицированного кабеля Ethernet (не входит в комплект), один конец которого подключается к электронной нагрузке MagnaLOAD, а другой — к управляющему устройству. Параметры коммуникационного порта показаны в таблице 8.1.
8.5. Коммуникации LXI TCP/IP Ethernet
Электронные нагрузки MagnaLOAD DC доступны с дополнительным интерфейсом LXI TCP/IP Ethernet (+LXI). Интерфейс LXI TCP/IP Ethernet соответствует стандарту LXI Class C, Revision 1.4. Если указано во время заказа, устанавливается интерфейсный модуль Ethernet, обеспечивающий встроенный порт Ethernet для связи.
Ethernet-подключения могут быть выполнены через MagnaWEB, программы эмуляции терминала, такие как PuTTY, программное обеспечение, написанное пользователем, или через веб-браузер компьютера. В последнем случае веб-сервер, запрограммированный в интерфейсном модуле LXI TCP/IP Ethernet, позволяет источнику питания обмениваться данными с компьютером с помощью веб-браузера.
8.5.1. Согласование адреса
По умолчанию DHCP включен на электронной нагрузке MagnaLOAD. Если плата Ethernet не обнаружит DHCP-сервер, электронная нагрузка MagnaLOAD по умолчанию будет использовать конфигурацию Auto-IP, как указано в таблице 8.2. Затем устройство автоматически выбирает IP-адрес из 169.254.###.### и подсеть, как описано в RFC 3927 (Запрос комментариев 3927 — Динамическая конфигурация локальных адресов IPv4). Эта процедура используется большинством компьютерных операционных систем.
| IP-адрес | 169.254.###.### |
|---|---|
| Маска подсети | 255.255.0.0 |
| Шлюз по умолчанию | 0.0.0.0 |
| DNS-сервер | 0.0.0.0 |
| MAC-адрес | 01:1E:6F:##:##:## |
8.
5.2. Связь
Светодиодный индикатор состояния локальной сети, расположенный на задней стороне электронной нагрузки MagnaLOAD, указывает на неисправность локальной сети и идентификацию устройства, определяемую следующим образом:
- Горит — нормальная работа
- Устройство имеет правильно настроенный IP-адрес, сетевой кабель подключен.
- Мигание — идентификация устройства
- Функция идентификации устройства LXI была включена через веб-страницу идентификации прибора. Эта идентификация может помочь пользователю быстро найти устройство и отличить его от аналогичных устройств.
- Выкл. — Ошибка локальной сети
- Устройство испытывает одно или несколько из следующих состояний неисправности локальной сети: сбой при получении действительного IP-адреса, обнаружение дублирующегося IP-адреса в сети, сбой при обновлении уже полученной аренды DHCP или кабель локальной сети отключен.
8.6. IEEE-488 GPIB Communications
Электронные нагрузки постоянного тока MagnaLOAD доступны с дополнительным интерфейсом IEEE-488 GPIB. Если указано во время заказа, модуль интерфейса IEEE-488 GPIB устанавливается внутри, предоставляя встроенный порт IEEE-488 GPIB, доступный для связи. Имея два доступных порта UART, RS232 и IEEE-488 GPIB, активируется тот порт, который первым принимает данные после включения питания. После активации другой порт UART не может быть распознан, если не было периода бездействия в течение 5 минут. По истечении этого периода новый порт UART может быть распознан путем отправки сообщений. Терминал IEEE-488 GPIB, разъем JS4, подробно описан в
Все команды подсистемы SCPI, описанные в предыдущем разделе, можно инициировать с использованием RS232, дополнительного интерфейса IEEE-488 GPIB (+GPIB) или дополнительного интерфейса LXI TCP/IP Ethernet (+LXI).
Стандарт IEEE-488 определяет метод отчета о состоянии. Как показано на [NEED FIGURE], в методе создания отчетов используется байт состояния IEEE-488 (STB).
Три бита этого байта определены как:
- Сводка главного состояния (MSS) Бит
- Бит состояния события (ESB)
- Доступно сообщение (MAV), бит
Сводка основного состояния (MSS) — незафиксированный бит. Когда регистр байтов состояния считывается с использованием запроса регистра байтов состояния, бит 6 будет равен 1, если есть какие-либо условия, требующие обслуживания.
STB маскируется регистром включения запроса на обслуживание (SRE), чтобы пользователь мог скрыть определенные или все события, установив бит MSS в 1. Бит MSS получается путем логического ИЛИ битов разрешенного байта состояния. Регистр.
Бит состояния события (ESB) устанавливается, когда происходит одно из событий, определенных в регистре состояния событий (ESR) [ССЫЛКА НА ТАБЛИЦУ ESR ЗДЕСЬ]. Как и STB, ESR маскируется регистром разрешения состояния события (ESE), чтобы пользователь мог скрыть определенные или все события, установив для ESB значение 1.
Бит Message AVailable (MAV) устанавливается в 1, когда сообщение доступно в выходном буфере.
8.6.1. Связь IEEE-488 GPIB с NI MAX
National Instruments предлагает Графический пользовательский интерфейс Measurement and Automation Explorer (MAX) в качестве программы эмуляции терминала для настройки взаимозаменяемого виртуального прибора (IVI). MAX обычно устанавливается с одной из сред разработки приложений National Instrument, такой как LabVIEW, Measurement Studio, или с драйверами аппаратных продуктов, такими как NI-488 и NI-DAQ.
Для работы источника питания с MAX прибор должен быть сначала расположен для связи. Следующие шаги описывают эту процедуру.
- Запустите прикладную программу MAX.
- В окне «Конфигурация» нажмите знак «+» слева от «Устройства и интерфейсы», чтобы просмотреть установленные устройства.
- Если в списке указано более одного устройства GPIB IEEE-488, выберите правильное устройство GPIB.
