라즈베리 파이 피코 활용, "내 칩" 테스트 장치(오실로스코프, 로직 아날라이져) 자작

라즈베리 파이 피코 활용,
"내 칩" 설계와 검증 그리고 테스트 장비 자작

1. Raspberry Pi PICO 보드 2개 (USB-C 타입 커넥터)

2. 어댑터 보드

왼쪽의 피코보드는 24채널 로직 아날라져 또는 "내 칩" 에뮬레이터-테스터 용이다.

오른쪽 피코보드는 2채널 아날로그-8채널 로직 오실로스코프다.

2-1. 회로도:

    https://github.com/GoodKook/ETRI-0.5um-CMOS-MPW-Std-Cell-DK/blob/main/PSCE_API/Board/Raspberry_PICO/PI_PICO_SCH.pdf

2-2. PCB 거버:

    https://github.com/GoodKook/ETRI-0.5um-CMOS-MPW-Std-Cell-DK/blob/main/PSCE_API/Board/Raspberry_PICO/Gender_Raspberry_PICO_Y3.zip

2-3. PCB 제작비:

    2천원(댓글 문의시 무상?)

2-4. 오실로스코프 프론트-엔드용 부품

    참조: https://oscilloscope.fhdm.xyz/wiki/Analog-Front-End

    Op Amp: MCP6002(8핀 DIP) x2
    다이오드: 1N4148 x4
    저항:  100옴(1/8w) x10, 680K옴(1/8w) x 2
    가변저항(트리머): 1M옴 x2
    커페시터(탄탈): 100n x3
    택트스위치: 4mm 소형 x2
    핀헤더: 수직(1열), 앵글(2열)
    핀헤더소켓: 수직(1열)

3. 조립

 

 

헤더 핀 긴 것으로 기판 양쪽으로 돌출 시키려면 가공과 조립이 다소 어렵지만 테스트 클립을 물리거나 확장할 때 매우 유용하다.

4. 소프트웨어: 오실로스코프와 로직 아날라이져

4-1. 피코 오실로스코프 펌웨어

    a. 참조:
        https://oscilloscope.fhdm.xyz/wiki/firmware-versions

    b. 펌웨어 다운로드:
        https://github.com/fhdm-dev/scpdl1/raw/master/a/v18/scoppy-pico-v18.uf2

    c. 오실로스코프 디스플레이 안드로이드 앱:
        https://play.google.com/store/apps/details?id=xyz.fhdm.scoppy
        * 1채널은 무료. 2채널을 사용하려면 앱 구입(약 5천원)

4-2. 로직 아날라이져:

    a. 깃허브: https://github.com/gusmanb/logicanalyzer
    * 펌 웨어와 응용 프로그램 소스가 제공되지만 미리 컴파일된 바이너리 사용

    b. 펌웨어:
    https://github.com/gusmanb/logicanalyzer/releases/download/v6.0.0.0/logic-analyzer-firmware_v6.0.0_BOARD_PICO.zip

    c. 소프트웨어:
    https://github.com/gusmanb/logicanalyzer/releases/download/v6.0.0.1/all-in-one_6.0.0.1-win-x64.zip

5. "내 칩" 검증 에뮬레이터-테스터 사용법

    a. 위의 두 앱은 자작파들 사이에 매우 잘 알려져 있어서 굳이 별도의 설명이 필요 없을만큼 차고 넘친다.

    b. 펌-웨어를 교체할 수 있으므로 FPGA 보드를 연결하여 칩 검증과 테스트 용도로 사용할 수 있다. 사용법은 디자인 킷 예제를 참조할 것.

    "내 칩 제작 서비스" 표준 셀 디자인 킷:
    https://github.com/GoodKook/ETRI-0.5um-CMOS-MPW-Std-Cell-DK

MyChip MPW STD-II/디자인 킷 예제 pong_pt1 을 자가 실습

디자인 킷 예제 pong_pt1 을 자가 실습

이 설계는 "내 칩 제작 서비스" MPW 를 통해 칩으로 제작되어 테스트 결과 20개 시료에서 수율 100%가 나왔습니다. 디자인 킷의 깃 허브 저장소에서 Project/RTL/pong_pt1 예제가 오늘자(10월 9일)로 갱신 되었습니다. 링크는 아래와 같습니다.

https://github.com/GoodKook/ETRI-0.5um-CMOS-MPW-Std-Cell-DK/tree/main/Projects/RTL/pong_pt1

자습과제는 다음과 같습니다.

1. 준비된 예제 pong_pt1 를 수행 하십시요. HOW-TO.txt 문서에 정리해 두었으니 그대로 따라하는데 어려움은 없을 것입니다.

https://github.com/GoodKook/ETRI-0.5um-CMOS-MPW-Std-Cell-DK/blob/main/Projects/RTL/pong_pt1/HOW-TO.txt

* 에뮬레이션과 칩 테스트 부분은 하드웨어가 준비되지 않았다면 생략 하십시요.

2. 예제의 수행 절차가 디자인 플로우(아래 링크)의 어느 부분을 수행하는지 비교 하십시요.

https://github.com/GoodKook/ETRI-0.5um-CMOS-MPW-Std-Cell-DK/raw/main/OpenSource_DK_Flow.png

3. RTL 시뮬레이션에 사용되었던 테스트 벤치가 네트리스트 시뮬레이션에서 재사용됩니다. 테스트벤치 재사용(Testbench Reuse)의 의미를 정리해 보십시요.

4. RTL 시뮬레이션에서 적용한 기법(베릴로그+SystemC)과 네트리스트 시뮬레이션(베릴로그 VPI+SystemC)의 기법을 비교하십시요.

5. 두 시뮬레이션으로 얻은 각각의 VCD 를 열어 어떤 차이가 있는지 확인 하십시요.

위 과제를 수행하고 각자 연구노트에 기록합니다. 토론 할 수 있도록 궁금한 점을 적어봅시다. 호기심이 발동 되었길 바랍니다.

베릴로그로 작성된 비디오 게임기를 테스트하기 위해 SystemC와 SDL2 게임 엔진 라이브러리를 활용한 테스트벤치로 검증 했고 이를 다시 FPGA로 프로토타이핑 검증 한 후,

MPW로 제작한 칩이 작동하는 모습은 아래와 같습니다.

칩 설계의 전 과정은 모두 내 책상 위에서 이루어 졌습니다.

참조: 기술노트 15: 내 책상위의 반도체 설계실 꾸미기[링크]

https://fun-teaching-goodkook.blogspot.com/2025/08/15.html