С первой ревизии

Картинки в посте ниже! Немного подробнее про джиттер. По определению джиттер - это отклонение сигнала от эталонного на периоде измерения. Существует большое множество джиттеров, отличающихся природой возникновения и формой. Базово джиттеры разделяют на случайные RJ и детерминированные DJ (зависящий от каких либо факторов). Уровень ниже разделяется на зависимые и независимые от данных джиттеры. Первые, в отличии от вторых, имеют природу возникновения, не зависящую от нулей и единиц, формируемых передатчиком. Рассмотрим подробнее каждый из типов. Случайный джиттер (Random jitter) Джиттер, который присутствует в каждом сигнале, подчиняется Гаусовому распределению, как и все случайные величины (картинка 1). Возникает из - за Фликкер - шума, дробового и теплового шумов в полупроводниках. Синусоидальный, периодический джиттер (Sinusoidal jitter) Джиттер, возникающий из - за шума источников питания, вариациям параметров PLL. Отличается распределенным спектром (картинка 2). Джиттер из - за искажения скважности (Duty cycle distortion) Искажение скважности сигнала, возникающее из - за разбросов параметров приемника и передатчика, представлен на картинке 3 Джиттер из - за межсимвольной интерференции (ISI jitter) Возникает в следствие отражений и ослабления сигнала в тракте (картинка 4). Джиттер из - за перекрестных помех (Bounded Uncorrelated Jitter) Возникает при воздействии сторонних сигналов на целевой. Имеет распределение схожее со случайным (картинка 5). Суммарный джиттер системы складывается из суммы всех перечисленных джиттеров и показан на рисунке 6, 7. Производители микросхем чаще всего приводит такие характеристики, как действующий (RMS) джиттер. Из этих данных можно вычислить итоговое значение по формуле: Σ(DJ(rms)) + √(Σ(RJ(rms)^2)) Далее остается сравнить с бюджетом проектируемой системы. Методика расчета джиттера состоит из последовательных шагов, которые могут потребовать корректировки дизайна (картинка 8). Пример системы для PCIe Gen.1 на картинке 9. Итоговые значения приведены в таблице на картинке 10.

Понравилось задача из одной книги по архитектуре. Довольно редкий случай, когда решений подобных задач может помочь в работе. Коллеги инженеры, у кого какие идеи?

Как джиттер распространяется и усиливается по ходу прохождения канала? https://www.signalintegrityjournal.com/articles/2081-how-transmit-jitter-propagates-through-the-channel-and-what-is-jitter-amplification Автор объясняет, как учитывать суммарное влияние отдельных элементов тракта, а также почему к джиттеру нельзя применять линейные математические операции (помним, что джиттер это вероятностная характеристика).

Unfortunately, no general solution exists because jitter propagation cannot be described by a linear transfer function, even for a perfectly linear time invariant channel.

Не все резисторы одинаковые. Слышали ли вы об импульсных резисторах? Регулярно возникают ситуации, когда вам необходимо использовать резистор с требуемой мощностью для соблюдения запаса при наихудших условиях работы схемы. Наиболее популярными примерами являются резисторы в затворах транзисторов, снабберы и иные применения с высокой мгновенной мощностью. Импульсные резисторы, они же Anti-Surge либо Surgeproof, способны выдерживать короткие импульсы большой мощности. Подобные резисторы производятся из материалов, обладающих низкой теплопроводностью, например, карбона. За счет этого они способны поглотить заданное количество энергии, чем короче импульс - тем больше допустимая мощность. Из минусов можно выделить бОльшую стоимость, чем у стандартных резисторов, однако вы значительно экономите место на плате. Иногда подобные компоненты являются единственным решением. Удалось найти данные резисторы у Vishay, Bourns, Panasonic.

Наткнулся на статью про измерения осциллографом периодических сигналов: https://www.signalintegrityjournal.com/articles/2055-oscilloscopes-when-should-i-use-tracks-or-trends Я, например, знал про инструмент track, но не слышал про trends. Явно очень полезный инструмент для измерения джиттера.

Продолжил исследовать тему с контрафактной зарядкой эпл. Удалось найти более подробное сравнение. На первой картинке можно увидеть визуальные отличия. Оригинальная плата более плотная, минимум два слоя, изоляция соблюдена. На второй и третьей сравниваются выходные характеристики источников. На 4-5 принципиальные схемы. Контрафактная схема сильно проигрывает по компонентам и качеству схемы. По заявлениям авторов, Китайская схема работает на около постоянной частоте 100кГц. В оригинальной зарядке же используется энергоэффективный контролер, с работой в квазирезонансном режиме. В данном случае эпл можно только похвалить, схема действительно достойная, многие нюансы были учтены

Ответ на вопрос почему не стоит приобретать контрафактную продукцию, выдающую себя за оригинальную. У меня возник единственный вопрос, почему китайцы не хотят увеличить мощность зарядки, это же не так сложно. Вопрос, конечно же, риторический

Какие ресурсы читать? Составил список того, что может быть интересно для схемотехников, архитекторов, топологов итд Общие темы https://www.springeropen.com/ Журнал с современными научными статьями на различные темы. Можно выбрать частоту рассылки и направления. Схемотехника https://www.edn.com/ Журнал с небольшими статьями на разнообразные темы от микроэлектроники до схемотехники. Есть рассылка на почту. https://www.planetanalog.com/ Журнал со статьями с уклоном в проектирование аналоговых схем. Есть рассылка на почту. https://efemag.co.uk Британский журнал со статьями по электронике, новостями от производителей и дистрибьютеров. Есть рассылка на почту. https://www.eetimes.com/ Журнал с большим количеством статей из разных областей приборостроения. Есть рассылка на почту с гибкой настройкой по интересам. https://www.electronicdesign.com Похож на предыдущий журнал, иногда даже пересекаются темы статей. https://www.powerelectronicsnews.com/ Журнал про силовую электронику. В основном статьи на тему источников питания, технологий силовых компонентов и ЭМС. https://www.analog.com/en/resources/analog-dialogue/archives.html Отдельно хочется выделить журнал от AD, который, к сожалению, давно не выпускался. В любом случае на сайте хранятся все выпуски вплоть до 1967 года. Архитектура https://chipsandcheese.com/ Журнал со статьями про процессоры и новостями из мира чипостроения. Статьи про архитектуру, обзоры на новинки, доклады с конференций. Есть еженедельная рассылка на почту. Измерения https://www.keysight.com/ Сайт ведущего производителя измерительной аппаратуры. Есть рассылка на почту, присылают обзоры на их продукцию, технологии, интересные вебинары по тестированию разной аппаратуры. Печатные платы https://www.asc-i.com/ Сайт производителя печатных плат. Большое количество материалов по технологии производства и самим PCB. При оформлении рассылки присылают вебинары и статьи по печатным платам. SI/PI https://www.signalintegrityjournal.com/ Журнал по SI/PI, один из любимых моих ресурсов. Статьи на тему целостности сигналов, питания и ЭМС. Есть рассылка на почту. Системная архитектура https://www.servethehome.com/ Ресурс со статьями по архитектуре с уклоном в сервера. Обзоры платформ, процессоров и технологий. Есть еженедельная рассылка на почту. https://militaryembedded.com/ Журнал про проектирование военных систем. Иногда проскакивают интересные статьи по архитектуре. Есть еженедельная рассылка на почту.

Поговорим про Flash - память. Картинки в посте ниже. Эти микросхемы давно стали базовым компонентами плат, присутствуют буквально в каждой схеме и имеет простой интерфейс взаимодействия (чаще всего SPI). Довольно простой компонент, количество ног которого не превышает 16. Однако внутреннее устройство flash - памяти совсем не тривиально. Базовой ячейкой, хранящей информацию является транзистор с плавающим затвором (картинка 1). В зависимости от заряда, хранимого в затворе, изменяется проводимость канала транзистора. Один транзистор может хранить от 1 до 4 битов информации (картинка 2). Чаще всего используется архитектура NAND, поскольку она позволяет получить больше битов при меньшем используемом пространстве кристалла. Сравнение NAND и NOR на картинке 3, реализации в кремнии на картинке 4. У flash - памяти есть много нюансов, которые значительно усложняют жизнь дизайнерам микросхем. Опишу некоторые из них: 1. Для программирования транзистора требуется приложить напряжение до 26 В к изолированному плавающему затвору. Это необходимо чтобы заряды туннелировали в затвор (картинка 5). Для этого требуется создать на кристалле дополнительный источник питания, формирующий высокое напряжения из стандартных 1.8/3.3 В. 2. При программировании конкретного бита, за счет паразитной емкостной связи между затворами транзисторов, заряд может проникать в соседние транзисторы (картинка 6). Называется данный эффект program disturb, его негативное влияние растет с ростом уровней памяти (TLC, MLC), поскольку размер зон сужается и биты становятся ближе друг к другу (картинка 7). Борются с проблемой методиками записи, позволяющими минимизировать воздействие на соседние ячейки (картинка 8). Также при чтении может дополнительно применяться NAC (Neighbor cell assisted correction), read retry. Данные процедуры, позволяют оценивать значение соседних битов и варьировать напряжение, прикладываемое к затвору для считывания бита. 3. Утечка заряда из затвора. Со временем, после множества циклов перезаписи, диэлектрик деградирует, что создает небольшой ток утечки из затвора. Вскоре, может оказаться, что из затвора утекло достаточно заряда, чтобы хранимое в ячейке значение измелилось на соседнее. Для решения проблемы применяются различные методы адаптивного считывания, например, read retry. Кроме того, заряд в затворе регулярно обновляется контроллером памяти. 4. В ходе работы некоторые фрагменты блоков памяти оказываются недействительными. Контроллер может очистить только целый блок, но т.к. в том же блоке хранятся и полезные данные, очистить его невозможно. Память расходуется бесполезно. Для переноса полезных данных в другое место и очистки блока с недействительными данными был придуман механизм garbage collection. 5. Ячейки памяти используются с разной частотой, что приводит к большему износу одних, по сравнению с другими, потенциально это может привести к отказу изношенных ячеек. Чтобы это предотвратить был создан механизм wear leveling, позволяющий уравновесить износ ячеек путем более частой записи в менее изношенные ячейки. 6. Некоторые ячейки памяти все таки выходят из строя, нарушая работу памяти. Чтобы выход из строя ячеек оказывал минимальное влияние на работоспособность памяти (вплоть до критического момента) был создан механизм ECC. Существуют различные вариации ЕСС, который может быть реализован как дополнительная ячейка/блок/страница (рисунок 9), так и при передаче данных наряду с CRC (рисунок 10). Исходя из всего сказанного, можно сделать вывод, что микросхема flash - памяти не такая уж и простая вещь. Технологии совершенствуются с каждым годом, создавая новые механизмы обеспечения надежности и долговечности памяти с ростом ее объема.

А слышали ли вы о предохранителе, построенном на полевых транзисторах, с временем реакции в 1мкс и способным восстанавливаться после сброса напряжения до 0? TBU (Transient blocking unit) технология, запатентованная Bourns. Предохранитель срабатывает за микросекунду, разрывая цепь и блокируя напряжение вплоть до 6кВ. Предохранитель может восстанавливаться практически бесконечно. Применений очень много, регулярно использую его в таких интерфейсах как CAN, RS (серию без выводов питания).

Рассказываю тут, почему, возможно скоро, нас ждет переход на новую топологию преобразователей.

Неожиданно наткнулся на Российские туннельные диоды. Книга издана в 2020 году Cambridge press, авторы знаменитые Хоровиц и Хилл

Очень интересная статья с design con про построение современных систем 800G для HPC. Авторы затрагивают немного теории, архитектуру и SI с измерениями реального образца

https://www.electronicdesign.com/technologies/embedded/article/21280074/electronic-design-whats-the-difference-between-the-nanosheet-fet-and-finfet Нашел занимательную статью про новую технологию транзисторов nanosheet, которая прийдет на замену finfet. Она потенциально позволит продолжить снижение размера транзистора.

По поводу вчерашней задачи. Я рассуждал следующим образом: a) Вначале объявлено, что PORTION = 1, соотвественно цикл будет исполнен 1 раз. base кратно 8, значит запись происходит по 8 байт. По формуле из задачи количество циклов при сквозной записи будет: 10+5*(8/8-1) = 10 b) Сказано, что при write back политике происходит запись целого слова (32 байта), количество циклов: 10+5*(32/8-1) = 25 c) Ответ из пункта а умножается на 8, количество циклов равно 80 d) Поскольку затраты на write back составляют 25 циклов, а write through 10, требуется 3 обновления 3*10 > 25 e) Думаю write through будет выигрывать если у кэша буду происходить постоянные промахи. Но тк обычно промахи составляют не больше 10-15% write back чаще всего выиграет

Почему мой источник создает пульсации сильно больше ожидаемых? Картинке в посте ниже Предположим ситуацию: вы взяли готовую микросхему со встроенными ключами, рассчитали выходной фильтр, включили, а пульсации напряжения превышают расчет в 10 раз. Отметем вариант неверного расчета и подбора компонентов и перейдем к типичному поведению контроллеров. Увеличение пульсаций на выходе, скорее всего, будет означать что вы не нагрузили достаточно источник. Поэтому ток в индукторе (который вы рассчитали на полную нагрузку) спадает до 0. В этом случае источник переходит в режим прерывистого тока (DCM), или, что чаще, в режим pulse skipping или burst. Переход в последние более вероятен, поскольку современные контроллеры стараются делать энергоэффективными. Важно отметить, что частота пульсаций при это будет ниже рабочей частоты источника (картинка 1). Pulse skipping Классический режим современных источников. Контроллер пропускает импульсы, тем самым стабилизируя выход на нужном напряжении и обеспечивая нагрузку при малом токе (картинка 2). Burst mode Запатентованная технология Analog devices. Идея состоит в том, что источник посылает импульс, достаточный для обеспечения нагрузки необходимым током и далее засыпает. Выход из сна происходит в момент, когда срабатывает компаратор.(картинка 3). Отличие данных режимов заключается в энергоэффективности и в уровне пульсаций. Burst mode более энергоэффективен, поскольку внутреннему драйверу не требуется тратить ток на переключение в течении долгого периода, контроллер также не потребляет энергию, уходя в сон. (картинка 4). В Pulse skipping контроллер работает на части периода, потребляя больше энергии. Плюсом Pulse skipping является меньшие пульсации напряжения за счет нескольких циклов передачи энергии, которые легче сгладить фильтру (картинка 5). В любом случае пульсации вашего источника в данных режимах будут значительно больше чем в стандартном CCM (картинка 6).

Интересная задача на сравнение write-through против write-back. Эту тему я мельком затрагивал в статье выше про кэш:

В случае write through данные записываются в соответствующий кэш и в кэш уровнем ниже. При такой политике проще сохранить когерентность (о которой ниже), но она требует больших временных затрат. При политике write back данные записываются только в кэш, только когда блок с данными заменяется, он записывается в основную память. Данная политика выиграет во времени при редких промахах (снижает дополнительных затрат на запись), но увеличивает риски потери данных, например при отключении питания.

Ответ я не знаю, но позже напишу свои мысли, может у кого есть идеи? 🧐

GDDR7 окончательно перешли на PAM3. https://www.micron.com/content/dam/micron/global/public/products/product-flyer/gddr7-product-brief.pdf Только у меня ощущение что скоро все скоростные интерфейсы перейдут на PAM3+🤔