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          數(shù)模混合電路設(shè)計(jì)與仿真難點(diǎn)盤點(diǎn)

          作者: 時(shí)間:2016-04-18 來源:網(wǎng)絡(luò) 收藏

            

            作為干擾源的數(shù)字電路部分多采用CMOS工藝,從而導(dǎo)致數(shù)字信號(hào)輸入端極高的輸入電阻,通常在幾十k歐到上兆歐姆。這樣高的內(nèi)阻導(dǎo)致數(shù)字信號(hào)上的電流非常微弱,因而只有電壓有效信號(hào)在起作用,在數(shù)模混合干擾分析中,這類信號(hào)可以作為電壓型干擾源,如CLK信號(hào),Reset等信號(hào)。除了快速交變的數(shù)字信號(hào),數(shù)字信號(hào)的電源管腳上,由于引腳電感和互感引起的同步開關(guān)噪聲(SSN),也是中存在的重要一類電壓型干擾源。此外,電路中還存在一些電流信號(hào),特別是直流電源到器件負(fù)載之間的電源信號(hào)上有較大的電流,根據(jù)右手螺旋定理,電流信號(hào)周圍會(huì)感應(yīng)出磁場,進(jìn)而引起變化的電場,在分析時(shí),直流電源作為電流型干擾源。

            無論電壓型還是電流型的干擾源,在耦合到被干擾對象時(shí),既可能通過電路傳導(dǎo)耦合,也可能通過空間電磁場耦合,或者二者兼有。然而一般的分析工具,往往由于功能所限,只能分析其中一種。例如在傳統(tǒng)的SPICE電路工具中,只考慮電路傳導(dǎo)型的干擾,并不考慮空間電磁場的耦合;而一般的PCB 信號(hào)完整性(SI)分析工具,只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(shù)模混合噪聲分析的重要原因。

            數(shù)模混合設(shè)計(jì)中,電源和地的劃分,是業(yè)內(nèi)爭論的焦點(diǎn)。傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)中,數(shù)字模擬部分被嚴(yán)格分開;然而隨著系統(tǒng)越來越復(fù)雜,數(shù)模電路集成度不斷提高,分割又會(huì)造成數(shù)字信號(hào)跨分割,信號(hào)回流不完整,進(jìn)而影響信號(hào)完整性,另外,電源的分割還造成電源分配系統(tǒng)的阻抗過高;有人提出“單點(diǎn)連接”:還是做分割,但是在跨分割的信號(hào)下方單點(diǎn)連接以避免跨分割問題;但是如果數(shù)模之間信號(hào)很多,難于分開,這種“單點(diǎn)連接”也存在困難,因而又有人提出不分割,只是保持?jǐn)?shù)字和模擬部分不要交叉;還有一些資料介紹,在跨分割的信號(hào)旁邊包地線或者并聯(lián)電容,用來提供完整回流路徑。無論哪種方法,似乎都有一定道理,而且都有成功的先例,然而所有這些分割方案的有效性以及可能存在的問題,一直沒有檢驗(yàn)的標(biāo)準(zhǔn)。

            ,還存在模型的問題。業(yè)界普遍接受的模擬電路仿真模型還是SPICE模型,數(shù)字電路信號(hào)完整性分析使用IBIS模型。多家EDA公司的仿真軟件已經(jīng)推出支持多種模型的混合模型仿真器,然而擺在設(shè)計(jì)師案頭的主要困難是器件模型,特別是模擬器件模型很難得到。在數(shù)字設(shè)計(jì)看來,時(shí)域的瞬態(tài)分析,即某一時(shí)間點(diǎn)上確定的電壓值,是仿真的主要手段,就像調(diào)試中的示波器那樣直觀。沒有精確的模型,瞬態(tài)分析就無法實(shí)現(xiàn)。然而對模擬設(shè)計(jì),特別是噪聲分析,激勵(lì)源在時(shí)間軸上難于描述或很難預(yù)測,只知道他的頻率帶寬范圍和大致幅度,這時(shí)候我們通常會(huì)引入頻域掃頻分析,考察掃頻信號(hào)在關(guān)注點(diǎn)的變化,如同頻譜分析儀的作用?;蛘吒纱嗳缇W(wǎng)絡(luò)分析儀(NA)那樣考察信號(hào)或噪聲通過的通道的頻域SYZ參數(shù),進(jìn)而預(yù)測干擾發(fā)生的頻率和幅度??梢?,數(shù)?;旌显肼暦治?,既需要支持混合模型的仿真器,也需要仿真器同時(shí)支持時(shí)域分析和頻域分析。



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