可將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器IP成功集成到系統(tǒng)芯片的12種設(shè)計(jì)技

為了滿足苛刻性能和快速運(yùn)行要求，今天的系統(tǒng)，從通訊接口到高品質(zhì)圖像視頻和多媒體系統(tǒng)，各種消費(fèi)類應(yīng)用廣泛采用了數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)。數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器成為現(xiàn)實(shí)世界模擬信號(hào)與數(shù)字域之間的接口。因此，數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器是完整信號(hào)處理鏈上的重要組成部分，而信號(hào)處理是每臺(tái)消費(fèi)電子設(shè)備上不可或缺的一部分。

盡管數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器設(shè)計(jì)復(fù)雜，但I(xiàn)P廠商能夠?yàn)?a class="contentlabel" href="http://m.butianyuan.cn/news/listbylabel/label/系統(tǒng)芯片">系統(tǒng)芯片(SoC)設(shè)計(jì)師提供幾乎可以滿足任何系統(tǒng)要求的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器。此外，為了提供適合系統(tǒng)芯片集成的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器，Synopsys等知名的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器IP廠商采用了尖端的電路和架構(gòu)技術(shù)，使它們?cè)趪?yán)苛的系統(tǒng)芯片環(huán)境中仍然堅(jiān)固耐用。這些電路和架構(gòu)技術(shù)(不在本文討論范圍之內(nèi))可以免除大系統(tǒng)芯片中常見的襯底和電源噪聲影響，以及對(duì)制程、溫度和電壓變化表現(xiàn)穩(wěn)定。

不過，為了實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器IP性能最大化，系統(tǒng)芯片設(shè)計(jì)師必須應(yīng)對(duì)將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器與系統(tǒng)芯片集成的挑戰(zhàn)，避免危害整個(gè)系統(tǒng)性能的缺陷。

數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器IP集成之所以會(huì)被認(rèn)為錯(cuò)綜復(fù)雜，其原因是它要求精心的手動(dòng)布局布線。但是，通過深入了解影響性能的潛在問題，系統(tǒng)芯片設(shè)計(jì)師可以具備成功集成達(dá)到預(yù)期性能的所有技術(shù)手段。

本文系統(tǒng)地介紹了12種簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)技術(shù)，這些技術(shù)解決了系統(tǒng)集成中的所有常見問題，有助確保在系統(tǒng)芯片中成功集成高性能數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器。

數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器基礎(chǔ)知識(shí)

采用最適合系統(tǒng)芯片終端應(yīng)用的性能、速度和功耗要求的架構(gòu)與配置，可以選擇兩種類型數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器，即模擬-數(shù)字轉(zhuǎn)換器(ADC)和數(shù)字-模擬轉(zhuǎn)換器(DAC)。

從物理集成的角度來看，兩種數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器的信號(hào)接口相似，只不過ADC是將模擬輸入信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字輸出信號(hào)(圖1)，而DAC是將數(shù)字輸入信號(hào)轉(zhuǎn)換成模擬輸出信號(hào)(圖2)。

△模擬輸入(in)/輸出(out)信號(hào)有差分傳輸和單端傳輸方式，可有一個(gè)、兩個(gè)或兩個(gè)以上的通道;

△數(shù)字輸出/輸入(b)信號(hào)是模擬輸入/輸出信號(hào)的數(shù)字表現(xiàn)形式;

△參考電壓可由內(nèi)部基準(zhǔn)電壓源或外部輸入;

△轉(zhuǎn)換時(shí)鐘(clk)可由內(nèi)部鎖相環(huán)驅(qū)動(dòng)，或是由芯片外部提供;

△可提供電源和接地電源連接，包括模擬電源(avdd)、數(shù)字電源(dvdd)、模擬接地(agnd)和數(shù)字接地(dgnd)

成功的IP集成技術(shù)

第三方數(shù)字轉(zhuǎn)換器IP在設(shè)計(jì)過程中考慮到了系統(tǒng)芯片集成和IP運(yùn)行簡(jiǎn)單順暢，沒有障礙。但是，隨意集成數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器可能造成系統(tǒng)性能變差。下面四部分將介紹幾種有助確保IP集成成功的簡(jiǎn)單技術(shù)。

1. 首先在系統(tǒng)芯片上做合適的布局

系統(tǒng)芯片其他邏輯塊產(chǎn)生的過大噪聲會(huì)進(jìn)入數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器繼而影響其性能。為確保數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器與其他邏輯塊很好地隔離，物理集成過程的第一步是在系統(tǒng)芯片中合理確定數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器的位置。

技術(shù)1：在活躍邏輯(攻擊者)和模擬模塊(受害者)之間保持一定距離

對(duì)于普通的模擬-數(shù)字轉(zhuǎn)換器，采用這一技術(shù)可按照?qǐng)D3中的四個(gè)步驟進(jìn)行操作：

1. 將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器(如模擬-數(shù)字轉(zhuǎn)換器)遠(yuǎn)離數(shù)字開關(guān)電路;

2. 數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器數(shù)字接口朝向芯片噪聲較大區(qū)域，而模擬接口朝向芯片較安靜區(qū)域;

3. 將時(shí)鐘源(如鎖相環(huán))盡可能靠近數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器;

4. 如果數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器臨近區(qū)域有數(shù)字開關(guān)走線或邏輯塊，請(qǐng)?jiān)O(shè)立一個(gè)禁入?yún)^(qū)域

(即沒有金屬、晶體管或有源區(qū)的區(qū)域)，以便將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器與邏輯塊或布線隔離開。