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産業機器向けi.MX 6プロセッサ・高速インタフェース
搭載ボードのエコシステム・ソリューション
ボ
東京エレクトロンデバイス株式会社
東京
クト ンデ イ 株式会社
村里 優樹
ＲＩＴＡエレクトロニクス株式会社
田中 顕裕
Freescaleの組込み
Freescale
の組込みCPU
CPU i.MX 6シリーズ
6シリーズ
■Specifications
- CPU :
i.MX 6Quad
4x Cortex-A9, up to 1.2GHz
i.MX 6Dual
2x Cortex-A9, up to 1.2GHz
i MX 6Dual Lite 2x Cortex
i.MX
Cortex-A9,
A9 up to 1
1.0GHz
0GHz
i.MX 6solo
1x Cortex-A9, up to 1.0GHz
i.MX 6Solo Lite 1x Cortex-A9, up to 1.0GHz
System Control
PLL Osc
PLL,
Clock & Reset
・OpenGL/ES 2.x 3D アクセラレータ with OpenCL EP
・OpenVG 1.1 アクセラレータ
- ハードウェア・HDマルチメディア・コーデック
・各種HD1080
各種HD1080 ビデオ デコード/エンコード
デ
ド/ ン
ド
・HD1080p / WUXGA (1920x1200)
- オーディオ
オ デ オ ： I2S、SPDIF
I2S SPDIF Rx/Tx、ESAI
R /T ESAI
- 1Gb Ethernet with IEEE1588
- S-ATA 3Gbps I/F (SSD / HDD)、MIPI-CSI2、HSI、PCIe 2.0、
SDXC、SDIO / MMC4.4
- アナログ回路内蔵
アナ グ回路内蔵
CPU Platform
MMC 4
4.4
4 / SDXC
Dual / Quad Cortex-A9
UART x5, 5Mbps
Smart DMA
Timer x3
PWM x4
Watch Dog x2
32KB I-cache
per core
32KB D-cache
per core
NEON
per core
PTM
per core
1MB L2-cache + VFPv3
Power Mgmt
Power Supplies
Temp Monitor
Graphics: OpenGL/ES 2.x,
OpenCL/EP, OpenVG 1.x
Video Codecs: 1080p30
Internal Memory
ROM
RAM
Security
RNG
I2C x3, SPI x5
ESAI, I2S/SSI x3
3.3V GPIO
Keypad
S-ATA & PHY 3Gbps
Multimedia
- ディスプレイ表示
・2x Parallel, 2x LVDS, MIPI-DSI or HDMI
Connectivity
MMC 4.4 / SD 3.0 x3
Secure JTAG
IOMUX
■Key Features
■Ke
Feat res
- マルチコア・アーキテクチャ、1MB L2 キャッシュ
- Neon、ベクタ浮動小数点コプロセッサ
- 64-ビットLP-DDR2 / DDR3 533MHz、Raw / Managed NAND
- ハードウェア・グラフィックス・アクセラレータ
ハ ドウ ア グラフィ クス アクセラレ タ
6Quad/6Dual
USB2 OTG & PHY
USB2 Host & PHY
USB2 HSIC Host x2
MIPI HSI
Audio: ASRC
2x Imaging Processing Unit
S/PDIF Tx/Rx
Resizing & Blending
Inversion / Rotation
Image Enhancement
PCIe 2.0 (1-lane)
LCD & Camera Interface
FlexCAN x2
MLB150 + DTCP
TrustZone
HDMI & PHY
1Gb Ethernet
+ IEEE1588
Ciphers
MIPI DSI
NAND Ctrl (BCH40)
Security Ctrl
MIPI CSI2
Secure RTC
24-bit RGB, LVDS (x3-8)
LP-DDR2,
DDR3 / LV-DDR3
x32/64, 533 MHz
eFuses
20-bit CSI
・DC-DC Converter、リニアレギュレータ内蔵、温度モニタ
Auther / BU or Group
Data/Rev
Freescaleの電源
Freescale
の電源IC
IC MMPF0100/MMPF0200
MMPF0100/MMPF0200シリーズ
シリーズ
MM
LDO Regulator
DC/DC Converter
VGEN1
0.8 – 1.55V, 100mA
SW1A/B
0.3 – 1.875V, 2.5A
VGEN2
0.8 – 1.55V, 250mA
SW1C
0.3 – 1.875V, 2A
VGEN3
1 8 – 3.3V,
1.8
3 3V 100mA
SW2
0 4 – 3.3V,
0.4
3 3V 2A
VGEN4
1.8 – 3.3V, 350mA
SW3A
0.4 – 3.3V, 1.25A
VGEN5
1.8 – 3.3V, 100mA
SW3B
0.4 – 3.3V, 1.25A
VGEN6
1.8 – 3.3V, 200mA
SW4
0.4 – 3.3V, 1A
VREFDDR
VIN * 0.5V, 10mA
SWBST
5 – 5.15V, 0.6A
VSNVS
1 .0– 3.0V, 0.4mA
Power Management
PWRON,
STANDBY,
RESET,
INT (Fault Detection)
I2C Interface
OTP Memory
MMPF0200
Remove
SW1C, SW4
MMPF0200
Reduce
SW2 : 2A ⇒1.5A
Auther / BU or Group
Data/Rev
Freescaleの組込み
Freescale
の組込みCPU
CPU QorIQ LS1021Aプロセッサ
LS1021Aプロセッサ
•
•
•
•
•
Key Architectural Features:
•
•
•
•
•
ARM AMBA4 MPCore™ Virtualization
DDR3L/4 32-bit with ECC support
3-port
3
port GigE with IEEE 1588
2x PCI Express Gen2
Multi-protocol 4-Lane SerDes
• PCIe-2, SATA3, SGMII
• QUICC Engine – HDLC/TDM/ProfiBUS
• EnergyStar support with fast wakeup
• 2Gbps IP forwarding
Key System Integration Features:
• Low-cost NAND/NOR flash systems
• Low-cost DRAM systems
• USB3 SuperSpeed
p
p
• Audio networking and motor control
• QorIQ Trust Architecture and
ARM TrustZone support
• Alignment with Kinetis/Vybrid portfolio
Dual ARM Cortex-A7 cores up to
1.0 GHz
 ECC protected L1/L2 caches
 DDR3L/4 up to 1.6GHz
Over 5,000 Coremark at under
3.7W (TDP power)
Industry best Coremark / mW ratio
Outstanding security and IP
forwarding
High integration reduces BOM
costs for targeted applications:
 Industrial gateways
 Industrial Automation
 Printing
t g & Imaging
ag g
 HMI
 M2M, Smart “X”
Package & Board:
P k
Package:
Power:
Temp:
Boards:
525-pin,
525
i 19
19x19mm,
19
0
0.8mm
8
b
ballll
pitch
~2.8W @1.0GHz Typical
-40C (TA) to 105C (Tj)
Tower low-cost board
Freescale Linux BSPs
Auther / BU or Group
Data/Rev
ハードウェア・デザイン・ガイド
Hardware Development Guide




Design Checklist
i.MX 6 Series Layout Recommendations
Requirements for Power Management
Avoiding Board Bring-up
Bring up Problems
 Hardware Development Guide
 Common Hardware Design
 HW Design Checking List
Common Hardware Design
HW Design Checking List
 Hardware requirements for migration
 DRAM interface requirements for migration
 EPD controller requirements for migration




Common Design Checking Page
Schematic Checking Page
Layout Checking Page
MX6 DRAM Bus Length Check
:http://cache.freescale.com/files/32bit/doc/user_guide/IMX6DQ6SDLHDG.pdf
:https://community.freescale.com/docs/DOC-93819
:http://cache freescale com/files/32bit/doc/app note/AN4397 pdf
:http://cache.freescale.com/files/32bit/doc/app_note/AN4397.pdf
Auther / BU or Group
Data/Rev
ＲＩＴＡエレクトロニクス株式会社 プリント基板商品・実績
産業 / 医療 / 通信分野向け （コンシューマ
（
/ カーエレクトロニクス/最新LSI）
ト
/最新 ）
ＲＩＴＡエレクトロニクスのメーカー機能
コンサル
ティング
回路設計
パターン設計
パタ
ン設計
・ｼﾐｭﾚｰｼｮﾝ
コンサル
ティング
基板製造
FPGA論理・ソフトウエア設計
実装
実機評価
量産基板
量産実装
パートナーと共に部分/一貫対応も可能。開発期間の短縮や、管理工数の低減などに貢献
1 高速信号対応
1.
（メモリバス、高速シリアル伝送）
2. ノイズ対策
3. プリント基板の安定供給
（試作短納期、少量～量産、
特性インピ ダンス、高密度構造対応）
特性インピーダンス、高密度構造対応）
ＲＩＴＡエレクトロニクス株式会社について
アイカ工業株式会社のプリント配線板事業を包括的に継承した会社で、高品質なパターン設計・
シミュレーション プリント配線板 コンサルティングサービスを提供しています
シミュレーション、プリント配線板、コンサルティングサービスを提供しています。
詳しくは同社のホームページ http://www.ritael.co.jp をご参照ください。
D4-140918T-02(T)
©RITAエレクトロニクス株式会社
#6
代表的なボード構成とインタフェースのトレンド
DDR4
①給電系
DQ
Q Bus Spee
ed
高速化
②高速パラレル
DDR3(1.5V)
～2133Mbps/pin
DDR2(1.8V)
(1066MH )
(1066MHz)
～800Mbps/pin
(400MHz)
低電圧化
DDR1(2.5V)
～400Mbps/pin
(200MHz)
2000
2005
2010
③高速
③高速シリアル
信号劣化
10～14～28Gbps
PCI Express3.0 8Gbps
高速化
シリアルATAIII 6Gbps
SDI, CXP
USB3.0 5Gbps
開発期間
短縮
60
コストダウン
2000
2005
2010
放射ノイズ増加
55
放
放射ノイズ強度[dB(μV/m)]
伝送
送速度
【協力
協力】
】東京エレクトロンデバイス株式会社
50
45
40
35
30
25
水平偏波[dB(μV/m)]
20
垂直偏波[dB(μV/m)]
15
VCCI classB
10
0
D4-140918T-02(T)
200
400
600
周波数[MHz]
800
1000
©RITAエレクトロニクス株式会社
#7
高速メモリバス用シミュレーション
DQ Bus Spee
ed
●タイミングシミュレーション
グ
DDR3(1.5V)
高速化
パターン図ベースのタイミング検証
～2133Mbps/pin
DDR2-667JESD79-2Fより
Parameter
DQS falling edge to CK setup time
DQS falling edge hold time from CK
Address and control input setup time
Address and control input hold time
DQ and DM input setup time
(differential strobe)
DQ and DM input hold time
(differential strobe)
(1066MHz)
DDR2(1 8V)
DDR2(1.8V)
～800Mbps/pin
(400MHz)
DDR1(2.5V)
DDR1(2
5V)
～400Mbps/pin
低電圧化
Symbol
tDSS
tDSH
tIS(base)
tIH(base)
Min.time
600
600
200
200
Units
ps
ps
ps
ps
tDS(base)
100
ps
tDH(base)
175
ps
CK，CK/
(200MHz)
tＩS
tＩH
CKE
tDSH
2000
2005
2015
2010
tDSS
DQS
tDS tDH
tDS tDH
DQ
●プレシミュレーション
●ポストシミュレーション
パターン設計のルール決め
最終的な波形の確認
3.0
2.5
Volt
2.0
1.5
1.0
0.5
0.0
0
D4-140918T-02(T)
2
4
6
8
10
Time [ns]
12
14
16
18
20
©RITAエレクトロニクス株式会社
#11
高速シリアル伝送シミュレーション
光モジュール10～14～28Gbps
光
ジ
PCI Express 3.0 8Gbps
伝送速度
2000
CoaXPress シングルエンド 6.25Gbps
6G SDI シングルエンド 6Gbps
高速化
シリアルATAIII 6Gbps
USB3.0 5Gbps
PCI Express Gen2 5Gbps
3G SDI シングルエンド3Gbps
シリアルATAII 3Gbps
PCI Express1.1 2.5Gbps
シリアルATA 1.5Gbps
2010
2005
①伝送品質シミ レ シ ン
①伝送品質シミュレーション
2015
②リタ ンロス規格対応
②リターンロス規格対応
（HSPICE, IBIS-AMIモデル対応）
1
0.8
0.6
p1
0.4
0.2
0
-0.2
02
-0.4
0
0.3
0.6
0.8
Time (ns)
D4-140918T-02(T)
©RITAエレクトロニクス株式会社
#18
プリント基板上のＬＳＩへの電源供給…３つのポイント
LSIが動作
定常的な電圧降下
LSI電源端子にノイズ発生
LSI電源端子ノイズの伝播
（ノイズ源）
ズ
I1
V1
プリント基板
電源供給線の
品質確保
LSI動作不良（ジッタ）
基板からの放射ノイズ
（被害者側）
2
1
電源供給線
1´
不具合
2´
I2
V2
Z11 =
V1
I1
Z21 =
I2=0
V2
I1
I2=0
1. IRドロップのコントロール
電源パターン起因の定量化や、レギュレータのフィードバックポイントの最適化
2 インプット・インピーダンス（Z11）低減によるLSI電源端子ノイズの低減
2.
インプ ト インピ ダンス（Z11）低減によるLSI電源端子ノイズの低減
LSI搭載部位の低インピーダンス設計の実施。コンデンサ定数最適化・合理化
3. トランスファー・インピーダンス（Z21）低減による放射ノイズの低減
コンデンサの最適化等による電源ノイズ伝播の少ないパターン設計の実現
D4-140918T-02(T)
©RITAエレクトロニクス株式会社
#23
ノイズ対策設計
1. ノイズ源を少なくする
1
その他
給電系
筐体
●信号配線のリターンパス確保
モード変換
・・・EMIルールチェック
●半導体電源端子の低インピーダンス化 ケーブル
信号配線
LSI
ン配置、電源 タ ン設計
・・・パスコン配置、電源パターン設計
機
機器からの放射の原因のイメージ
放射
2. ノイズの伝導を抑制する
●プレーンのノイズ伝播低減 ・・・プレーン共振解析
EMI抑制ルールチェッカー＋電源GND解析ソフトの適用
ノイズ抑制ルール準拠
ノイズ抑制ル
ル準拠
D4-140918T-02(T)
ノイズ伝搬の低減
©RITAエレクトロニクス株式会社
#30
お客様向け商品（設計・シミュレーション・基板・コンサルティング）
産業機器向けi.MX
産業機器向けi
MX 6
6・高速インタフェース搭載ボードのエコシステム・ソリューション
高速インタフェ ス搭載ボ ドのエコシステム ソリ
シ ン
～ 基板開発の合理化（開発期間短縮、対策部品点数や基板層数の削減） ～
1 高速信号伝送
1.
-
メモリバス…シミュレーションを活用した設計条件の決定、実測用プローブの活用
-
高速シリアル…接続部位の最適化による信号品質確保とリターンロス規格対応
高速シリアル…接続部位の最適化による信号品質確保とリタ
ンロス規格対応
2. LSIへの安定電源供給
-
IRドロップ Z11,
IRドロップ,
Z11 Z21の定量化による対策用部品や基板層数の最適化
3. ノイズ対策
-
ノイズ対策ルールに準拠したパターン設計の実施と システム構成時の考慮
ノイズ対策ルールに準拠したパターン設計の実施と、システム構成時の考慮
本資料の全編を御要望の方は、以下へお問合せください
東京 レクト ンデバイス株式会社
東京エレクトロンデバイス株式会社
（ 電話 045-443-4020, [email protected] ）
ＲＩＴＡエレクトロニクス株式会社 関東支店
（ 電話 03-5912-2855, [email protected] ）
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©RITAエレクトロニクス株式会社
#36