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Diseñar productos System on Module con DDR4 e interfaces SerDes

Nacida en 1975, MicroSys Electronics GmbH se ocupa del diseño y desarrollo de sistemas y dispositivos integrados.

La gama de productos de la empresa incluye los System on Module y sistemas completamente integrados.

Estos sistemas se aplican en diferentes sectores: automóvil, aviónica, automatización, médico, ferroviario, transportes, construcción y defensa. Normas como la IEC61508, la DO-160 o la EN50155, se aplican colaborando directamente con los clientes.

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EXIGENCIAS

MicroSys realiza productos System On Module y Single Board Computer con procesadores y microcontroladores que usan interfaces para memorias DDR, así como señales diferenciales veloces basadas en la tecnología SerDes con velocidades Gbps.

Introduciendo un producto nuevo, han tenido que afrontar la nueva dimensión y la velocidad de las DRAM.

Se trata de garantizar la máxima fiabilidad, con una velocidad de hasta 3200 MTps y una capacidad de hasta 128 GByte.

Estas señales veloces, en términos de clock rate y de velocidad de transición deben viajar sobre la tarjeta con el menor grado de interferencias posible. Además, las señales se transmiten también a través de conectores de alta densidad.

SOLUCIÓN

Desde la fase de conceptualización, MicroSys se enfrentó al diseño preliminar de interfaces de alta velocidad.

“El soporte de Cadlog resultó de crucial importancia durante este proceso. Su orientación hacia la consecución de una solución fue una parte fundamental del apoyo recibido. Por ejemplo: la herramienta para la simulación HyperLynx DDRx Wizard la implementamos en estrecha colaboración con Cadlog”, explican desde MicroSys.

Se comenzó agrupando los vínculos para el diseñador del layout, con el objetivo de posibilitar la realización del enrutado desde el principio, así como de mantener al mínimo las probabilidades de tener que realizar cambios más adelante, tras una revisión post-layout.

Durante la fase de preplanificación, MicroSys se centró en dos aspectos: interfaces DDR4 y SerDes.

“Con la hipótesis de un posible montaje y un stackup predefinido, utilizamos HyperLynx LineSim para realizar una simulación pre-layout, que confirmó a los diseñadores PCB que el diseño era factible.”

Durante la fase de layout, MicroSys realizó una simulación post-layout utilizando HyperLynx BoardSim para revisar las partes ya enrutadas.

Al principio, se centraron en las interfaces SerDes y verificaron el montaje de los componentes, el enrutado de los pares diferenciales, el enrutado a través de vías y la necesidad del backdrilling. El paso sucesivo consistió en verificar la interfaz DRAM.

Durante este tiempo, MicroSys pudo siempre realizar comentarios al diseñador del layout de la PCB sobre la integridad de la señal, así como sobre la conformidad con las reglas de diseño.

“Tras conseguir un layout correcto de la interfaz de la DRAM, utilizamos HyperLynx DDRx Wizard para verificar su funcionamiento (integridad de señal y tiempos)”.

Una vez terminado, revisamos el enrutado para evitar posibles problemas de integridad de señal: reloj, RGMII, SDHC, conexión a CPLD y más.

Se aprovechó la posibilidad de usar los modelos IBIS y Touchstone/Spice existentes para los tests para evitar el tener que volver a diseñarlos.

El uso de HyperLynx permitió dar una respuesta anticipada a diferentes cuestiones; las medidas prácticas y los tests sobre el funcionamiento lo confirman. Así mismo, se puede afirmar que no ha tenido un impacto solo sobre el enrutamiento sino, también, sobre la elección de los materiales para la PCB.

A la simulación de las señales se le dio la máxima prioridad. Además de sobre el layout, esta simulación influyó en la elección de los materiales y en la estructura de las capas de la PCB. Se utilizó HyperLynx durante el proceso.

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VENTAJAS

“La calidad de la transmisión de la señal (integridad de señal) puede verificarse y optimizarse. Otro valor añadido es que el diseño de la Carrier Board de un cliente puede construirse y simularse más fácilmente con el módulo de MicroSys, ya que encuentran disponible un modelo digital”.

Los beneficios derivados del uso de un software como HyperLynx pueden resumirse en:

  • La confirmación de que los productos de hardware pueden funcionar de manera fiable en relación a una amplia gama operativa como, por ejemplo, en términos de temperatura.
  • El hardware producido está sujeto a tolerancias durante la producción. HyperLynx ayuda a convalidarlas.
  • La creación de un gemelo digital (o digital twin) del producto permite convalidar las prestaciones del mismo mediante la simulación de las tolerancias y de casos extremos de gestión de los componentes semiconductores.

Además, muchos proveedores de componentes de CPUs o memorias DDR recomiendan llevar a cabo la simulación. La simulación con un gemelo digital permite introducir en el mercado productos que funcionan de forma segura y fiable en el contexto de las condiciones de gestión especificadas.

Ahora que existen modelos para la simulación de las tarjetas CPU, los clientes de MicroSys pueden simular las prestaciones del producto final, compuesto por el módulo CPU y la Carrier Board, durante la fase de diseño del nuevo producto.

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MICROSYS: diseñar productos System on Module con DDR4 e interfaces SerDes

Descubre las tecnologías y prácticas de las que se vale Microsys para afrontar los desafíos del sector.

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