Разработка конструкции и технологии USB-хоста для отечественных микросхем

1. Разработка конструкции и технологии USB-хоста для отечественных микросхем

Министерство образования и науки Российской Федерации
Федеральное государственное автономное образовательное
учреждение высшего образования
«Национальный исследовательский университет
«Московский институт электронной техники»
Факультет интеллектуальных технических систем
Кафедра микроэлектроники
Выпускная квалификационная работа
на соискание степени бакалавра
по направлению 211000.62 «Конструирование и технология электронных средств»
на тему:
Разработка конструкции и технологии
USB-хоста для отечественных микросхем
Выполнил:
Научный руководитель:
Консультант:
студент гр. ИТС-43 Морозов Д.И.
к. т. н., профессор, доцент Шалимов А.С.
ведущий инженер Лахтионов А.Г.
Москва
2015

2.

Актуальность работы
USB Host
USB 2.0 Ethernet
Micro USB Host Cable
http://vosonic.org/itemID/5/4/
http://hdimagelib.com/usb+otg+cable
http://hdimagelib.com/usb+otg+cable
2

3.

Цели и задачи
Цель: Разработать USB-хост для отечественных микросхем
Задачи:
Разработать схему электрическую принципиальную;
Разработать конструкцию устройства, удовлетворяющую ТЗ;
Произвести расчеты для разработки USB-хоста:
Оценка устойчивости конструкции к ударным воздействиям;
Расчет надежности;
Тепловой анализ;
Создать топологию USB-хоста;
Разработать конструкторскую документацию;
Разработать алгоритм ТП сборки и монтажа USB-хоста;
Оформить маршрутную карту на изготовление USB-хоста.
3

4.

Техническое задание
Основные требования:
• Габариты не более (220х180х10) мм;
• Диапазон рабочих температур от (0 … +80) 0С;
• Работа на частоте системной шины в диапазоне (10 … 250) МГц;
• Напряжение питания в диапазоне (1,35 … 1,65) В;
• Время наработки до отказа 9 лет или 78840 часов;
4

5. Схема электрическая принципиальная

Рисунок 1 – Схема электрическая принципиальная
5

6. Схема электрическая принципиальная

Рисунок 2 – Схема электрическая принципиальная
6

7. Маршрут проектирования изделия

ТЗ
Разработка структурной схемы и
алгоритмов работы
Создание и
описание
аппаратной
модели (RTL)
Создание и
описание мат.
модели
«-»
Функциональная
верификация RTL
модели
«+»
Синтез «нетлиста»
FPGA из RTL
описания
Синтез «нетлиста»
ASIC из RTL
описания
Функциональная и
временная верификация
FPGA «нетлиста»
«-»
«+»
Функциональная и
временная верификация
ASIC «нетлиста»
Функциональная и
временная верификация на
макете конечного
устройства
«-»
«-»
«+»
«+»
И
Топологическое
проектирование и
формирование данных для
изготовления кристалла
Рисунок 3 – Маршрут проектирования изделия
7

8. Структура печатной платы

Рисунок 4 – Двухсторонняя
печатная плата
Рисунок 5 – Многослойная
печатная плата
Ядро – FR4(стеклотекстолит);
Фольга – 35мкм и 18мкм;
Паяльная маска – FRS, цвет – зелёный
8

9. Топология платы

Рисунок 6 – Топология платы (TOP слой)
9

10. Топология платы

Рисунок 7 – Топология платы (BOT)
10

11. Компонентная база

Основные технические
характеристики
Рисунок 8 – Микросхема MAX3340EEUD
http://leocom.tistory.com/153
Ucc
3,3 В напряжение питания
P
727 мВт
T
от -40 до +85 °С
Особенности:
• Микроконтроллер позволяет
обрабатывать достаточно большие
потоки информации
• Низкая стоимость
• Высокая устойчивость к
11
тепловым нагрузкам

12. Моделирование электрической принципиальной схемы

Рисунок 9 – Конструкция
платы(СТФ-2-35 ГОСТ 10316-78)
Рисунок 10 – Конструкция каркаса
(алюминиевый сплав Д16Т ГОСТ 4784-97)
Рисунок 9 – Схема электрическая принципиальная
12

13. Моделирование сигнала сброса

Рисунок 10 – сигнал сброса
13

14. Моделирование обнаружение подключение к шине

Рисунок 14 – Структура адаптера в разрезе
Рисунок 11 – обнаружение подключение к шине
14

15. Моделирование обмена данными

Рисунок 12 – обмен данными
15

16. Расчёты

Расчёт
Результаты
Расчёт на механическую на
механическую прочность элементов
блока ЭВС
Собственная минимальная частота ячейки с
учётом внешних воздействий fс соб =995Гц;
Фактическая собственная частота ячейки
fc =1150Гц;
Должно соблюдаться условие :
fc ≥ fc соб
1150Гц > 995Гц
Тепловой расчёт
Перегрев устройства составляет 25°С.
С учётом диапазона рабочих температур
нагрев будет составлять 85°С.
Расчёт на надёжность
По расчёту среднее время безотказной
работы составляет: T=91240ч. По ТЗ
минимальное время работы на отказ
составляет 78840ч.
16

17. Конструкторская документация

17

18. Заключение

В процессе выполнения курсового проекта были выполнены следующие задачи:
Разработана схема электрическая принципиальная;
Разработана конструкция устройства, удовлетворяющая ТЗ;
Произведены расчеты для разработки USB-хоста:
Оценка устойчивости конструкции к ударным воздействиям;
Расчет надежности;
Тепловой анализ;
Создана топология USB-хоста;
Разработана конструкторская документация;
Разработан алгоритм сборки и монтажа USB-хоста;
Оформлена маршрутная карта на изготовление USB-хоста
Разработанное изделие полностью удовлетворяет всем заявленным в техническом
задании требованиям, что говорит о том, что работа выполнена успешно.
18

19.

Спасибо за внимание!
19