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[導(dǎo)讀]數(shù)?;旌想娐返脑O(shè)計,一直是困擾硬件電路設(shè)計師提高性能的瓶頸。眾所周知,現(xiàn)實的世界都是模擬的,只有將模擬的信號轉(zhuǎn)變成數(shù)字信號,才方便做進一步 的處理。模擬信號和數(shù)字信號的轉(zhuǎn)變是否實時、精確,是電路設(shè)計的重要指標。除了器件工藝,算法的進步會影響


數(shù)?;旌想娐?/a>的設(shè)計,一直是困擾硬件電路設(shè)計師提高性能的瓶頸。眾所周知,現(xiàn)實的世界都是模擬的,只有將模擬的信號轉(zhuǎn)變成數(shù)字信號,才方便做進一步 的處理。模擬信號和數(shù)字信號的轉(zhuǎn)變是否實時、精確,是電路設(shè)計的重要指標。除了器件工藝,算法的進步會影響系統(tǒng)數(shù)模變換的精度外,現(xiàn)實世界中眾多干擾,噪聲也是困擾數(shù)模電路性能的主要因素。

數(shù)?;旌?a href="/tags/電路設(shè)計" target="_blank">電路設(shè)計當中,干擾源、干擾對象和干擾途徑的辨別是分析數(shù)?;旌显O(shè)計干擾的基礎(chǔ)。通常的電路 中,模擬信號上由于存在隨時間變化的連續(xù)變化的電壓和電流有效成分,在設(shè)計和調(diào)試過程中,需要同時控制這兩個變量,而且他們對于外部的干擾更敏感,因而通 常作為被干擾對象做分析;數(shù)字信號上只有隨時間變化的門限量化后的電壓成分,相比模擬信號對干擾有較高的承受能力,但是這類信號變化快,特別是變化沿速度 快,還有較高的高頻諧波成分,對外釋放能量,通常作為干擾源。


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)字信號上的電流非常微弱,因而只有電壓有效信號在起作用,在數(shù)?;旌细蓴_分析中,這類信號可以 作為電壓型干擾源,如CLK信號,Reset等信號。除了快速交變的數(shù)字信號,數(shù)字信號的電源管腳上,由于引腳電感和互感引起的同步開關(guān)噪聲(SSN), 也是數(shù)模混合電路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,特別是直流電源到器件負載之間的電源信號上有較大的電流,根據(jù)右手螺旋 定理,電流信號周圍會感應(yīng)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,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。然而一般的仿真分析工具,往往由于功能所限,只能分析其中一種。例如在傳 統(tǒng)的SPICE電路仿真工具中,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)?;旌显肼暦治龅闹匾颉?br style="margin: 0px;padding: 0px;max-width: 100%;box-sizing: border-box !important;word-wrap: break-word !important;letter-spacing: 0.544px;overflow-wrap: break-word !important;">


數(shù)?;旌显O(shè)計中,電源和地的劃分,是業(yè)內(nèi)爭論的焦點。傳統(tǒng)的設(shè)計中,數(shù)字模擬部分被嚴格分開;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,分割又會造成數(shù)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系統(tǒng)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(shù)模之間信號很多,難于分開,這種“單點連接”也存在困難,因而又有人提出不分割,只是保持數(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,一直沒有檢驗的標準。


數(shù)?;旌想娐返姆抡?,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)計看來,時域的瞬態(tài)分析,即某一時間點上確定的電壓值,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)分析就無法實現(xiàn)。然而對模擬設(shè)計,特別是噪聲分析,激勵源在時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 時候我們通常會引入頻域掃頻分析,考察掃頻信號在關(guān)注點的變化,如同頻譜分析儀的作用。或者干脆如網(wǎng)絡(luò)分析儀(NA)那樣考察信號或噪聲通過的通道的頻域 SYZ參數(shù),進而預(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,也需要仿真器同時支持時域分析和頻域分析。

通過“AD-Mix Signal Noise Design Suites” 數(shù)?;旌显肼暦抡嬖O(shè)計軟件的對數(shù)模混合設(shè)計PCB的仿真,探索分析數(shù)模混合電路的噪聲干擾和優(yōu)化設(shè)計的途徑,以達到改善系統(tǒng)性能目的。


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電源系統(tǒng)設(shè)計

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