Mikä tekee RFSoC + GPU -piirilevyistä erilaisia?

Yllä oleva piirilevy yhdistää kaksi vaativaa prosessointialuetta. RFSoC käsittelee nopeaa datan muuntamista ja ohjelmoitavaa signaalinkäsittelyä, kun taas Jetson AGX Orin tarjoaa näytönohjaimen kiihdytyksen laskentatehokkaille työkuormille. Näiden väliin jäävät muisti, tallennustila, virransyöttö, kellotus ja nopea tiedonsiirto. Tämä keskittyminen jättää vähemmän vapautta käsitellä valmistusta ja kokoonpanoa erillään alkuperäisistä asettelupäätöksistä.

Valmistuksen kannalta tärkeä kysymys ei siis ole pelkästään se, läpäiseekö piirilevy suunnittelusääntöjen mukaisen tarkastuksen. Jäljitysgeometrian, referenssitasojen, läpivientien, komponenttien välysten, kuparin jakautumisen ja lämpöreittien on pysyttävä käytännöllisinä, kun suunnittelusta tulee fyysinen piirilevy.

RFSoC-alustan keskeinen laitteistoarkkitehtuuri

Alusta on suunniteltu vaativiin sovelluksiin, kuten tutkasignaalin käsittelyyn, nopeaan tietoliikenteeseen, tekoälyn päättelyyn, elektronisen sodankäynnin tutkimukseen, SDR-prototyyppien valmistukseen sekä tutkimukseen tai opetukseen. Sen arkkitehtuuri yhdistää laajakaistaisen RF-muunnoksen FPGA-prosessointiin ja GPU-kiihdytykseen, joten piirilevyn on tuettava sekä herkkiä analogisia/RF-reittejä että tiheitä digitaalisia rajapintoja.

RF-osio käyttää 8T8R-arkkitehtuuria, jonka ilmoitettu kanavaeristys on vähintään 60 dB ja SFDR vähintään 55 dBc. Nämä luvut tekevät fyysisestä piirilevyn rakenteesta tärkeän. Laminaattien käyttäytyminen, kuparin geometria, referenssitason jatkuvuus ja liittimien siirtymät voivat kaikki vaikuttaa siihen, miten valmistettu rakenne käyttäytyy aiottuun suunnitteluun verrattuna.

Liitäntöjen sijoittelu on osa piirilevyn suunnittelua

Merkitty etukuva on hyödyllinen, koska se osoittaa, että ulkoinen liitäntäalue ei ole pelkkä kokoelma liittimiä. Nopeat portit, kuten 100G QSFP28 ja PCIe:hen liittyvät polut, tarvitsevat hallittua reititystä prosessointilaitteisiin, kun taas USB-, Ethernet-, DisplayPort-, GPS- ja debug-liitännät tarvitsevat myös käytännöllisen mekaanisen pääsyn.

Sama periaate pätee Type-C-virheenkorjausliitäntään, jossa on USB-JTAG- ja UART-toiminnot. Sähköisesti virheetön liitin, johon on vaikea päästä käsiksi käyttöönotto- tai tuotantotestauksen aikana, voi hidastaa koko validointiprosessia. Siksi liitännän sijoittelu tulisi tarkistaa yhdessä reitityksen, kotelointirajoitusten ja testikäytön kanssa.

Projekteissa, joissa RF- ja suurnopeusvaatimukset ovat vertailukelpoisia, Highleapin suurtaajuuspiirilevyjen valmistuspalvelu voi olla relevantti, kun impedanssin hallinta, laminaatin valinta ja signaalin eheys ovat keskeisiä valmistusvaatimuksia.

Piirilevyjen valmistuksen huomioitavaa radiotaajuus- ja suurnopeussignaaleille

Levyn takapuoli lisää valmistuskuvaan toisen tärkeän osan: piirilevyn on sovittava vaadittuun mekaaniseen ulkokuoreen ja samalla tarjottava tilaa säilytykselle, reititykselle, maadoitukselle ja kokoonpanon onnistumiselle. Tämä on erityisen tärkeää, kun nopeat komponentit sijoitetaan suhteellisen kompaktin piirilevyn molemmille puolille.

Pinottava ja kontrolloitu impedanssi

Piirilevynäkymässä näkyvät fyysiset mitat ovat vain osa valmistusrajoitusta. RF- ja suurnopeusverkoissa johtimen leveys, kuparin paksuus, dielektrisen paksuus ja laminaatin ominaisuudet määräävät tuloksena olevan impedanssin. Näistä arvoista tulisi sopia valmistajan kanssa eikä olettaa yleisen yhdistelmän perusteella.

Highleapin piirilevyjen valmistuspalvelut tukevat kontrolloidun impedanssin ja korkeataajuisen piirilevyjen valmistusta. Tärkeä valmistuskysymys on, pystyykö varsinainen tuotantojärjestelmä toistamaan johdonmukaisesti piirtämisen aikana käytetyt sähköiset oletukset.

Takapuolen jyrsintä, säilytys ja mekaaninen puhdistus

Takaosan NVMe-alue on hyvä esimerkki siitä, miksi sähköisten ja mekaanisten osien tarkastelu tulisi tehdä yhdessä. M.2-tallennustila vaatii liittimille ja moduuleille tilaa, asennustukea ja pääsyn kokoonpanoa varten. Samalla ympäröivän kuparin ja reitityksen on säilytettävä virransyöttö, maadoitus ja nopea signaali.

Ilmoitetun piirilevyn koon 245 × 165 mm ja paksuuden 2.5 mm on myös pysyttävä yhdenmukaisina kotelon, kiinnityspisteiden ja liittimien sijaintien kanssa. Tuotantokatselmuksen tulisi vahvistaa nämä mekaaniset referenssit ennen valmistustietojen julkaisemista.

Rakenteiden ja RF-paluuteiden kautta

Jokainen läpivienti luo fyysisen siirtymän. Suurnopeus- tai radiotaajuusreiteillä poran halkaisija, liitäntäpinnan geometria, vastapinnan mitat ja paluuvirran reitti voivat vaikuttaa signaalin käyttäytymiseen. Maadoituksen ompelu ja referenssitason jatkuvuus ovat yhtä tärkeitä radiotaajuus- ja suurnopeussiirtymissä.

Kuparin jakautuminen ja terminen käyttäytyminen

RFSoC:ia, näytönohjainta, DDR4-muistia ja useita nopeita liitäntöjä sisältävällä emolevyllä on myös merkittäviä teho- ja lämpövaatimuksia. Kuparijakauma tulisi siksi tarkistaa virransiirtokyvyn, virranjakelun, lämpöreittien ja valmistuksen tasapainon osalta sen sijaan, että sitä käsiteltäisiin vain reititysongelmana.

Valitse erikoisprosesseja vain silloin, kun suunnittelu niitä vaatii

Monimutkainen RFSoC-levy ei automaattisesti vaadi HDI:tä, eksoottisia laminaatteja tai keraamista rakennetta. Nämä prosessit tulisi valita, kun reititystiheys, taajuus, lämpökäyttäytyminen tai muut varmistetut vaatimukset oikeuttavat ne. Valmistusprosessin tulisi noudattaa suunnitteluvaatimuksia, ei päinvastoin.

Piirilevykokoonpanon haasteet tiheästi rakennetuille komponenteille

Etupuolen piirilevynäkymä osoittaa, missä kohtaa valmistuspäätöksistä tulee kokoonpano-ongelma. RFSoC, näytönohjain, muisti, virtalähteet, liittimet ja muut komponentit on keskitetty rajatulle alueelle, mikä jättää vain vähän tilaa hallitsemattomalle sijoittelulle tai kokoonpanoprosessille, jota ei ole suunniteltu asettelun ympärille.

Komponenttien sijoittelua ei voida erottaa signaalin eheydestä

Tällaisella piirilevyllä komponentin siirtäminen kokoonpanoon pääsyn parantamiseksi voi muuttaa suurnopeusliitännän pituutta, radiotaajuusreittiä, tehoreittiä tai käytettävissä olevaa lämpöpinta-alaa. Sijoittelun on siksi tasapainotettava kokoonpanoon pääsy alkuperäisen suunnittelun sähköisten vaatimusten kanssa.

BGA ja hienojakoinen kokoonpano

FPGA- ja prosessorikotelot keskittävät useita juotosliitoksia pienelle alueelle. Juotospastan painatus, sijoittelutarkkuus, reflow-profiili ja piirilevyn tuki ovat kaikki tärkeitä. Koska monet liitokset ovat piilossa BGA-koteloiden alla, röntgentarkastus on tärkeä täydennys visuaaliselle tarkastukselle ja AOI:lle. Tiheillä prosessori- ja muistiliitännöillä varustetut RFSoC-kantorakentajat voivat jakaa kokoonpanoon liittyviä huolenaiheita palvelintason monikerroslevyjen vaatimusten kanssa säilyttäen samalla omat RF-hyväksymiskriteerinsä.

Highleapin piirilevykokoonpanopalvelu tukee SMT-, läpireikä- ja sekakokoamista AOI-, röntgen- ja toiminnallisella testauksella. Tiheän piirilevyn tarkastusstrategiasta tulisi sopia ennen tuotantoa eikä se lisättäisi vasta kokoonpano-ongelman ilmettyä.

Lämpö- ja mekaaniset kokoonpanonäkökohdat

Näytönohjain ja RFSoC eivät ole ainoastaan ​​arvokkaita komponentteja, vaan ne vaikuttavat myös merkittävästi levyn lämpökäyttäytymiseen. Juotoksen laatu, komponenttien samantasoisuus, lämpörajapinnat, jäähdytyselementti tai mekaaninen kiinnitys ja lähellä olevien komponenttien välykset voivat kaikki vaikuttaa valmiiseen kokoonpanoon.

Kokoonpanodokumentaatioon liittyvät asiat

Täydellinen osaluettelo, keräily- ja sijoitustiedot, kokoonpanopiirustus, napaisuustiedot, erityisprosessihuomautukset ja testausvaatimukset antavat valmistustiimille paljon selkeämmän tuotantotavoitteen. Monimutkaisen piirilevyn kohdalla epäselvä dokumentaatio voi aiheuttaa enemmän tuotantoriskejä kuin itse sijoitteluhaaste.

Jos valmistuksen, komponenttien hankinnan, SMT:n, läpireikäkokoonpanon ja testauksen on pysyttävä koordinoituina NPI:n ja tuotannon välillä, avaimet käteen -periaatteella toimiva piirilevykokoonpanon työnkulku voi vähentää toimittajien siirtoja.

Testaus ja validointi ennen toimitusta

Lopullista piirilevyn kuvaa ei tule pitää todisteena siitä, että piirilevy on valmis vain siksi, että kaikki komponentit on täytetty. Alusta, jossa on RF-muunnos, FPGA-prosessointi, GPU-laskenta, DDR4, PCIe, optinen verkko ja useita ulkoisia liitäntöjä, tarvitsee testaussuunnitelman, joka ottaa huomioon nämä toiminnot.

C-tyypin liitäntä USB-JTAG- ja UART-toiminnoilla tukee piirilevyn käyttöönottoa ja virheenkorjausta. Testauspisteiden saatavuus on otettava huomioon suunnitteluvaiheessa, koska liittimien saavutettavuutta, antureiden sijainteja ja testipisteitä on paljon vaikeampi muuttaa valmistuksen jälkeen.

Testaus tulisi myös jakaa asianmukaisiin vaiheisiin. AOI ja röntgen vastaavat kokoonpanokysymyksiin; sähkötestaus tarkistaa perusliitettävyyden; JTAG/UART tukee bridge-up-toimintoa; ja toiminnallinen tai RF-testaus määrittää, täyttääkö valmis piirilevy tarkoitetut järjestelmävaatimukset.

Highleapin piirilevyjen kokoonpanotyönkulkuun kuuluu DFM-tarkastus, komponenttien verifiointi, tarkastus ja testaus. Suurnopeuksisten elektroniikkalaitteiden kohdalla testausoikeuksien ja toiminnallisten testausvaatimusten määrittäminen varhaisessa vaiheessa voi tehostaa tuotannon validointia huomattavasti.

Mitä tarkistaa ennen nopean piirilevyn lähettämistä valmistukseen

Ennen tällaisen piirilevyn julkaisua suunnittelutiimin tulisi varmistaa, että valmistuspakkaus kuvaa fyysiset ja sähköiset vaatimukset riittävän selkeästi toistuvaa tuotantoa varten. Seuraavat tarkistukset ovat hyödyllisempiä kuin pelkkä kysymys siitä, avautuvatko Gerber-tiedostot oikein.

Suositeltu tarjouspaketti

Merkityksellistä valmistuksen tarkastelua varten toimita piirilevyn valmistustiedot, hyväksytyt pinoamis- tai impedanssivaatimukset, osaluettelo, keräys- ja sijoitustiedosto, kokoonpanopiirustus ja mahdolliset erityiset radiotaajuus-, testaus- tai tarkastusvaatimukset. Useita nopeita liitäntöjä sisältävälle piirilevylle asiaankuuluvat suorituskykyvaatimukset ovat erityisen hyödyllisiä, koska ne auttavat valmistustiimiä tarkastelemaan fyysistä rakennetta aiottuun sovellukseen nähden.

Jos projekti on vielä prototyyppivaiheessa, Highleap tarjoaa myös piirilevyjen prototyyppien tukea, jotta valmistusprosessia voidaan arvioida ennen siirtymistä suurempiin tuotantomääriin.