C.S.E.C.S.E. 2.2.11

COSTRUZIONI E COSTRUZIONI E STRUMENTAZIONE STRUMENTAZIONE

ELETTRONICHEELETTRONICHELezione n° 2Lezione n° 2

• RichiamiRichiami• Costanti concentrate – Costanti distribuiteCostanti concentrate – Costanti distribuite• Ritardo di propagazioneRitardo di propagazione• Lunghezza efficaceLunghezza efficace• Influenza del Influenza del PACKAGING PACKAGING sul PCBsul PCB

– Evoluzione del Evoluzione del PACKAGINGPACKAGING– Through-Hole (Fori passanti)Through-Hole (Fori passanti)– Surface Mount (Montaggio superficiale)Surface Mount (Montaggio superficiale)– Multi-Chip Module (MCM)Multi-Chip Module (MCM)

C.S.E.C.S.E. 2.2.22

RICHIAMIRICHIAMI

C.S.E.C.S.E. 2.2.33

Testi di RiferimentoTesti di Riferimento

C.S.E.C.S.E. 2.2.44

Leggi di KirchoffLeggi di Kirchoff

C.S.E.C.S.E. 2.2.55

Campi eletrici e magneticiCampi eletrici e magnetici

C.S.E.C.S.E. 2.2.66

Resistenza parassitaResistenza parassita

C.S.E.C.S.E. 2.2.77

Induttanza parassitaInduttanza parassita

C.S.E.C.S.E. 2.2.88

Capacità parassitaCapacità parassita

C.S.E.C.S.E. 2.2.99

Validità del modelloValidità del modello

• Costanti concentrateCostanti concentrate– Le tensioni e le correnti sono solo funzioni Le tensioni e le correnti sono solo funzioni

del tempodel tempo– Per l’analisi di una rete si Per l’analisi di una rete si possonopossono usare le usare le– LEGGI DI KIRCHOFFLEGGI DI KIRCHOFF

• Costanti distribuiteCostanti distribuite– Le tensioni e le correnti sono funzioni del Le tensioni e le correnti sono funzioni del

tempo e dello spaziotempo e dello spazio– Per l’analisi di una rete si Per l’analisi di una rete si devonodevono usare le usare le– EQUAZIONI DI MAXWELLEQUAZIONI DI MAXWELL

C.S.E.C.S.E. 2.2.1010

RichiamiRichiami

• Ritardo di Ritardo di propagazionepropagazione

• Velocità di Velocità di propagazionepropagazione

• Impedenza Impedenza caratteristicacaratteristica

CLTP

11 CLv

C

LZ0

C.S.E.C.S.E. 2.2.1111

Esempi Esempi

• Costate dielettricaCostate dielettrica• Permeabilità Permeabilità

magneticamagnetica•

F/m1085.8 120

H/m1026.1 6

0

MEZZOMEZZO rrTTpp

[ps/cm][ps/cm]

VV[m/s]x10[m/s]x1088

AriaAria 11 33.433.4 2.992.99Cavo CoassialeCavo Coassiale 1.81.8 44.744.7 2.232.23Cavo CoassialeCavo Coassiale 2.32.3 50.650.6 1.981.98

PCB PCB (in FR4(in FR4 Traccia Traccia esterna)esterna)

2.8 – 2.8 – 4.54.5 56 - 7156 - 71 1.7 – 1.41.7 – 1.4

PCB PCB (in FR4(in FR4 Traccia Traccia interna)interna) 4.54.5 70.770.7 1.411.41PCB PCB (in Allumina(in Allumina Traccia Traccia est.)est.) 8 - 108 - 10 94 - 10594 - 105 1- 0.91- 0.9

C.S.E.C.S.E. 2.2.1212

Lunghezza Efficace 1Lunghezza Efficace 1

• DefinizioneDefinizione– Rapporto fra tempo di salita e ritardo di Rapporto fra tempo di salita e ritardo di

propagazionepropagazione

P

rE T

TL

cm 7.16P

rE T

TL

C.S.E.C.S.E. 2.2.1313

Lunghezza Efficace 2Lunghezza Efficace 2

• SignificatoSignificato– Spazio percorso dal segnale nell’intervallo di tempo Spazio percorso dal segnale nell’intervallo di tempo

TTrr

• Esempio Esempio – ““fotografia” della fotografia” della

tensione lungo il tensione lungo il percorso in vari percorso in vari istantiistanti

LE= 16.7 cm

L= 50 cm

C.S.E.C.S.E. 2.2.1414

Lunghezza Efficace 3Lunghezza Efficace 3

• Esempio 2Esempio 2– Su percorsi brevi non Su percorsi brevi non

si nota L’effetto delsi nota L’effetto del

tempo di propagazionetempo di propagazione

L= 2 cm

C.S.E.C.S.E. 2.2.1515

Lunghezza Efficace 4Lunghezza Efficace 4

• ConfrontoConfronto

• Regola empiricaRegola empirica• Per L < LPer L < LEE/6 /6 Costanti ConcentrareCostanti Concentrare• Per L > LPer L > LEE/6 /6 Costanti DistribuiteCostanti Distribuite

L= 2 cm

LE= 16.7 cm

L= 50 cm

C.S.E.C.S.E. 2.2.1616

RiferimentiRiferimenti

• TESTO su MCMTESTO su MCM

C.S.E.C.S.E. 2.2.1717

Evoluzione delle tecnologie di Evoluzione delle tecnologie di PACKAGINGPACKAGING

• 19041904 Fleming inventa il TRIODOFleming inventa il TRIODO• 19201920 Armstrong radio supereterodinaArmstrong radio supereterodina• 19401940 Armstrong realizza il RADARArmstrong realizza il RADAR• 19481948 Shockley inventa Transistore bipolare Shockley inventa Transistore bipolare

a giunzione (BJT)a giunzione (BJT)• 19581958 Kilby e Moore sviluppano il primo Kilby e Moore sviluppano il primo

circuito integratocircuito integrato• 19681968 Fairchild primo circuito integratoFairchild primo circuito integrato• 19701970 PCB Trough - HolePCB Trough - Hole• 19721972 INTEL microprocessore a 8 nbitINTEL microprocessore a 8 nbit• 19801980 PCB Sourface MountPCB Sourface Mount• 19901990 Multi – Chip ModuleMulti – Chip Module

C.S.E.C.S.E. 2.2.1818

Trough-HollTrough-Holl Sourface Sourface mountmount

C.S.E.C.S.E. 2.2.1919

Evoluzione nel Packaging 1Evoluzione nel Packaging 1

• Montaggio superficialeMontaggio superficiale– Riduce la distanza fra i pin rispetto a fori Riduce la distanza fra i pin rispetto a fori

passantipassanti– Aumenta la densità del “Silicio”Aumenta la densità del “Silicio”– Aumenta l’efficienza nel PackagingAumenta l’efficienza nel Packaging

• % del PCB% del PCB– 10% aree attive (Silicio)10% aree attive (Silicio)– 90% Packaging e routing90% Packaging e routing

• Esigenze della VLSIEsigenze della VLSI– Aumentare la densitàAumentare la densità– Ridurre i ritardi Ridurre i ritardi

C.S.E.C.S.E. 2.2.2020

Evoluzione nel Packaging 2Evoluzione nel Packaging 2

• Fig.1Fig.1

C.S.E.C.S.E. 2.2.2121

Funzioni del PackagingFunzioni del Packaging

• Fig. 2Fig. 2

C.S.E.C.S.E. 2.2.2222

Gerarchia del PackagingGerarchia del Packaging

• Fig. 3Fig. 3

C.S.E.C.S.E. 2.2.2323

Effetti del Packaging sulle Effetti del Packaging sulle prestazioniprestazioni

• 19721972 80088008 0.03 MIPS0.03 MIPS• 19821982 8028680286 0.9 MIPS0.9 MIPS• 19921992 AlphaAlpha 400 MIPS400 MIPS• Fig. 4Fig. 4

C.S.E.C.S.E. 2.2.2424

StrategieStrategie

• Fig. 5Fig. 5

C.S.E.C.S.E. 2.2.2525

Rapporto Gate - PinRapporto Gate - Pin

• Regola di RentRegola di Rent

• NNpp Numero diNumero di pins pins (terminali)(terminali)

• NNg g Numero diNumero di gates gates

• KKp p Costante di proporzionalità (IBM = 2.5)Costante di proporzionalità (IBM = 2.5)

• costante di Rent (IBM = 0.6)costante di Rent (IBM = 0.6)

gp NKNP

C.S.E.C.S.E. 2.2.2626

Legge di MOORLegge di MOOR

• Fig. 6Fig. 6

C.S.E.C.S.E. 2.2.2727

Legge di RENTLegge di RENT

• Fig. 7Fig. 7

C.S.E.C.S.E. 2.2.2828

Ritardo Ritardo vsvs distanza distanza

• Fig. 8Fig. 8

C.S.E.C.S.E. 2.2.2929

ConclusioniConclusioni

• Basi per progetto di PCBBasi per progetto di PCB

• Effetti della “velocità”Effetti della “velocità”– Parametri concentratiParametri concentrati– Parametri distribuitiParametri distribuiti

• Effetti del PackagingEffetti del Packaging