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数模混合电路设计难点分析

发布时间:2021-11-12 01:11:01人气:
本文摘要:数模混合电路的设计,仍然是后遗症硬件电路设计师提升性能的瓶颈。众所周知,现实的世界都是仿真的,只有将仿真的信号转变成数字信号,才便利做到更进一步的处置。 模拟信号和数字信号的改变否动态、准确,是电路设计的最重要指标。除了器件工艺,算法的变革不会影响系统数模转换的精度外,现实世界中众多阻碍,噪声也是后遗症数模电路性能的主要因素。 数模混合电路设计当中,干扰源、阻碍对象和阻碍途径的分辨是分析数模混合设计阻碍的基础。

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数模混合电路的设计,仍然是后遗症硬件电路设计师提升性能的瓶颈。众所周知,现实的世界都是仿真的,只有将仿真的信号转变成数字信号,才便利做到更进一步的处置。

模拟信号和数字信号的改变否动态、准确,是电路设计的最重要指标。除了器件工艺,算法的变革不会影响系统数模转换的精度外,现实世界中众多阻碍,噪声也是后遗症数模电路性能的主要因素。  数模混合电路设计当中,干扰源、阻碍对象和阻碍途径的分辨是分析数模混合设计阻碍的基础。一般来说的电路中,模拟信号上由于不存在随时间变化的倒数变化的电压和电流有效成分,在设计和调试过程中,必须同时掌控这两个变量,而且他们对于外部的阻碍更加脆弱,因而一般来说作为被阻碍对象做到分析;数字信号上只有随时间变化的门限分析后的电压成分,比起模拟信号对阻碍有较高的承受能力,但是这类信号变化慢,尤其是变化沿速度快,还有较高的高频谐波成分,对外获释能量,一般来说作为干扰源。

  作为干扰源的数字电路部分多使用CMOS工艺,从而造成数字信号输出末端极高的输入电阻,一般来说在几十k欧到上兆欧姆。这样低的内阻造成数字信号上的电流十分黯淡,因而只有电压有效地信号在起起到,在数模混合阻碍分析中,这类信号可以作为电压型干扰源,如CLK信号,Reset等信号。除了较慢交变的数字信号,数字信号的电源管脚上,由于插槽电感和互感引发的实时电源噪声(SSN),也是数模混合电路中不存在的最重要一类电压型干扰源。

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此外,电路中还不存在一些电流信号,尤其是直流电源到器件阻抗之间的电源信号上有较小的电流,根据右手螺旋定理,电流信号周围不会感应器出有磁场,进而引发变化的电场,在分析时,直流电源作为电流型干扰源。  无论电压型还是电流型的干扰源,在耦合到被阻碍对象时,既有可能通过电路传导耦合,也有可能通过空间电磁场耦合,或者二者兼具。

然而一般的建模分析工具,往往由于功能所限,不能分析其中一种。例如在传统的SPICE电路仿真工具中,只考虑到电路传导型的阻碍,并不考虑到空间电磁场的耦合;而一般的PCB信号完整性(SI)分析工具,只实地考察空间电磁场耦合,将所有的电源、地都看做理想DC直流,未予分析考虑到。

耦合路径萃取的不原始,也是后遗症数模混合噪声分析的最重要原因。  数模混合设计中,电源和地的区分,是业内争辩的焦点。传统的设计中,数字模拟部分被严苛分离;然而随着系统更加简单,数模电路集成度大大提升,拆分又不会导致数字信号横跨拆分,信号转往不原始,进而影响信号完整性,另外,电源的拆分还导致电源分配系统的电阻过低;有人明确提出单点相连:还是做到拆分,但是在横跨拆分的信号下方单点相连以防止横跨拆分问题;但是如果数模之间信号很多,难以分离,这种单点相连也不存在艰难,因而又有人明确提出不拆分,只是维持数字和仿真部分不要交叉;还有一些资料讲解,在横跨拆分的信号旁边包在地线或者并联电容,用来获取原始转往路径。

无论哪种方法,或许都有一定道理,而且都有顺利的先例,然而所有这些拆分方案的有效性以及有可能不存在的问题,仍然没检验的标准。  数模混合电路的建模,还不存在模型的问题。

业界广泛拒绝接受的仿真电路仿真模型还是SPICE模型,数字电路信号完整性分析用于IBIS模型。多家EDA公司的建模软件早已发售反对多种模型的混合模型仿真器,然而放在设计师案头的主要艰难是器件模型,尤其是仿真器件模型很难获得。在数字设计显然,时域的瞬态分析,即某一时间点上确认的电压值,是建模的主要手段,就像调试中的示波器那样直观。

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没准确的模型,瞬态分析就无法构建。然而对仿真设计,尤其是噪声分析,鼓舞源在时间轴上难以叙述或很难预测,只告诉他的频率比特率范围和大体幅度,这时候我们一般来说不会引进频域扫频分析,实地考察扫频信号在关注点的变化,如同频谱分析仪的起到。或者索性如网络分析仪(NA)那样实地考察信号或噪声通过的地下通道的频域SYZ参数,进而预测阻碍再次发生的频率和幅度。

可见,数模混合噪声分析,既必须反对混合模型的仿真器,也必须仿真器同时反对时域分析和频域分析。  通过Ansoft公司的AD-MixSignalNoiseDesignSuites数模混合噪声建模设计软件的对数模混合设计PCB的建模,探寻分析数模混合电路的噪声阻碍和优化设计的途径,以超过提高系统性能目的。


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