數模混合電路設計難點
發布時間:2019-03-15 責任編輯:xueqi
【導讀】shumohunhedianludesheji,yizhishikunraoyingjiandianlushejishitigaoxingnengdepingjing。zhongsuozhouzhi,xianshideshijiedoushimonide,zhiyoujiangmonidexinhaozhuanbianchengshuzixinhao,caifangbianzuojinyibudechuli。
模擬信號和數字信號的轉變是否實時、精(jing)確(que),是(shi)電(dian)路(lu)設(she)計(ji)的(de)重(zhong)要(yao)指(zhi)標(biao)。除(chu)了(le)器(qi)件(jian)工(gong)藝(yi),算(suan)法(fa)的(de)進(jin)步(bu)會(hui)影(ying)響(xiang)係(xi)統(tong)數(shu)模(mo)變(bian)換(huan)的(de)精(jing)度(du)外(wai),現(xian)實(shi)世(shi)界(jie)中(zhong)眾(zhong)多(duo)幹(gan)擾(rao),噪(zao)聲(sheng)也(ye)是(shi)困(kun)擾(rao)數(shu)模(mo)電(dian)路(lu)性(xing)能(neng)的(de)主(zhu)要(yao)因(yin)素(su)。
數模混合電路設計當中,幹擾源、幹擾對象和幹擾途徑的辨別是分析數模混合設計幹擾的基礎。通常的電路 zhong,monixinhaoshangyouyucunzaisuishijianbianhuadelianxubianhuadedianyahedianliuyouxiaochengfen,zaishejihetiaoshiguochengzhong,xuyaotongshikongzhizhelianggebianliang,erqietamenduiyuwaibudeganraogengmingan,yinertong 常作為被幹擾對象做分析;數shu字zi信xin號hao上shang隻zhi有you隨sui時shi間jian變bian化hua的de門men限xian量liang化hua後hou的de電dian壓ya成cheng分fen,相xiang比bi模mo擬ni信xin號hao對dui幹gan擾rao有you較jiao高gao的de承cheng受shou能neng力li,但dan是shi這zhe類lei信xin號hao變bian化hua快kuai,特te別bie是shi變bian化hua沿yan速su度du 快,還有較高的高頻諧波成分,對外釋放能量,通常作為幹擾源。
作為幹擾源的數字電路部分多采用CMOS工藝,從而導致數字信號輸入端極高的輸入電阻,通常在幾十k歐ou到dao上shang兆zhao歐ou姆mu。這zhe樣yang高gao的de內nei阻zu導dao致zhi數shu字zi信xin號hao上shang的de電dian流liu非fei常chang微wei弱ruo,因yin而er隻zhi有you電dian壓ya有you效xiao信xin號hao在zai起qi作zuo用yong,在zai數shu模mo混hun合he幹gan擾rao分fen析xi中zhong,這zhe類lei信xin號hao可ke以yi 作為電壓型幹擾源,如CLK信號,Reset等信號。除了快速交變的數字信號,數字信號的電源管腳上,由於引腳電感和互感引起的同步開關噪聲(SSN), 也ye是shi數shu模mo混hun合he電dian路lu中zhong存cun在zai的de重zhong要yao一yi類lei電dian壓ya型xing幹gan擾rao源yuan。此ci外wai,電dian路lu中zhong還hai存cun在zai一yi些xie電dian流liu信xin號hao,特te別bie是shi直zhi流liu電dian源yuan到dao器qi件jian負fu載zai之zhi間jian的de電dian源yuan信xin號hao上shang有you較jiao大da的de電dian流liu,根gen據ju右you手shou螺luo旋xuan 定理,電流信號周圍會感應出磁場,進而引起變化的電場,在分析時,直流電源作為電流型幹擾源。
wulundianyaxinghaishidianliuxingdeganraoyuan,zaiouhedaobeiganraoduixiangshi,jikenengtongguodianluchuandaoouhe,yekenengtongguokongjiandiancichangouhe,huozheerzhejianyou。raneryibandefangzhenfenxi工具,往往由於功能所限,隻能分析其中一種。例如在傳 統的SPICE電路仿真工具中,隻考慮電路傳導型的幹擾,並不考慮空間電磁場的耦合;而一般的PCB信號完整性(SI)分析工具,隻考察空間電磁場耦合, 將所有的電源、地都看作理想DC直流,不予分析考慮。耦合路徑提取的不完整,也是困擾數模混合噪聲分析的重要原因。
數模混合設計中,電源和地的劃分,是業內爭論的焦點。傳統的設計中,數字模擬部分被嚴格分開;然而隨著係統越來越複雜,數模電路集成度不斷提高,分割又會造成數字信號跨分割, 信號回流不完整,進而影響信號完整性,另外,電源的分割還造成電源分配係統的阻抗過高;有人提出“單點連接”:還是做分割,但是在跨分割的信號下方單點連 接以避免跨分割問題;但是如果數模之間信號很多,難於分開,這種“單點連接”也存在困難,因而又有人提出不分割,隻是保持數字和模擬部分不要交叉;還有一 些xie資zi料liao介jie紹shao,在zai跨kua分fen割ge的de信xin號hao旁pang邊bian包bao地di線xian或huo者zhe並bing聯lian電dian容rong,用yong來lai提ti供gong完wan整zheng回hui流liu路lu徑jing。無wu論lun哪na種zhong方fang法fa,似si乎hu都dou有you一yi定ding道dao理li,而er且qie都dou有you成cheng功gong的de先xian例li,然ran而er所suo有you這zhe些xie分fen割ge方fang案an 的有效性以及可能存在的問題,一直沒有檢驗的標準。
數模混合電路的仿真,還存在模型的問題。業界普遍接受的模擬電路仿真模型還是 SPICE模型,數字電路信號完整性分析使用IBIS模型。多家EDA公司的仿真軟件已經推出支持多種模型的混合模型仿真器,然而擺在設計師案頭的主要困 難(nan)是(shi)器(qi)件(jian)模(mo)型(xing),特(te)別(bie)是(shi)模(mo)擬(ni)器(qi)件(jian)模(mo)型(xing)很(hen)難(nan)得(de)到(dao)。在(zai)數(shu)字(zi)設(she)計(ji)看(kan)來(lai),時(shi)域(yu)的(de)瞬(shun)態(tai)分(fen)析(xi),即(ji)某(mou)一(yi)時(shi)間(jian)點(dian)上(shang)確(que)定(ding)的(de)電(dian)壓(ya)值(zhi),是(shi)仿(fang)真(zhen)的(de)主(zhu)要(yao)手(shou)段(duan),就(jiu)像(xiang)調(tiao)試(shi)中(zhong)的(de)示(shi)波(bo)器(qi)那(na)樣(yang)直(zhi) 觀guan。沒mei有you精jing確que的de模mo型xing,瞬shun態tai分fen析xi就jiu無wu法fa實shi現xian。然ran而er對dui模mo擬ni設she計ji,特te別bie是shi噪zao聲sheng分fen析xi,激ji勵li源yuan在zai時shi間jian軸zhou上shang難nan於yu描miao述shu或huo很hen難nan預yu測ce,隻zhi知zhi道dao他ta的de頻pin率lv帶dai寬kuan範fan圍wei和he大da致zhi幅fu度du,這zhe 時候我們通常會引入頻域掃頻分析,考察掃頻信號在關注點的變化,如同頻譜分析儀的作用。或者幹脆如網絡分析儀(NA)那樣考察信號或噪聲通過的通道的頻域 SYZ參(can)數(shu),進(jin)而(er)預(yu)測(ce)幹(gan)擾(rao)發(fa)生(sheng)的(de)頻(pin)率(lv)和(he)幅(fu)度(du)。可(ke)見(jian),數(shu)模(mo)混(hun)合(he)噪(zao)聲(sheng)分(fen)析(xi),既(ji)需(xu)要(yao)支(zhi)持(chi)混(hun)合(he)模(mo)型(xing)的(de)仿(fang)真(zhen)器(qi),也(ye)需(xu)要(yao)仿(fang)真(zhen)器(qi)同(tong)時(shi)支(zhi)持(chi)時(shi)域(yu)分(fen)析(xi)和(he)頻(pin)域(yu)分(fen)析(xi)。
通過“AD-Mix Signal Noise Design Suites” 數模混合噪聲仿真設計軟件的對數模混合設計PCB的仿真,探索分析數模混合電路的噪聲幹擾和優化設計的途徑,以達到改善係統性能目的。
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