相位噪聲和抖動(dòng)的概念及其估算方法

怎樣將電路板上的相位噪聲和抖動(dòng)降至最低

電路板設(shè)計(jì)師可以通過(guò)兩種關(guān)鍵技術(shù)降低板上的確定性信號(hào)抖動(dòng)：

1．完全以差分形式收發(fā)信號(hào)：諸如LVDS或PECL等一些以差分方式收發(fā)信號(hào)的慣例，都能極大降低確定性抖動(dòng)的影響，而且這種差分通路還能消減信號(hào)通路上的所有干擾和串?dāng)_。由于這種信號(hào)收發(fā)系統(tǒng)對(duì)共模噪聲本來(lái)就有高度抑制能力，因此差分形式本來(lái)就有消除抖動(dòng)的趨向。

2．仔細(xì)布線：只要可能，就要避免出現(xiàn)寄生信號(hào)，因?yàn)檫@種信號(hào)可能會(huì)通過(guò)串?dāng)_或干擾對(duì)信號(hào)通路產(chǎn)生影響。走線應(yīng)該越短越好，而且不應(yīng)與承載高速開(kāi)關(guān)數(shù)字信號(hào)的走線交叉。如果采用了差分信號(hào)收發(fā)系統(tǒng)，那么兩條差分信號(hào)線就應(yīng)盡可能靠近，這樣才能更好地利用其固有的共模噪聲抑制特性。

怎樣將芯片中的相位噪聲和抖動(dòng)降至最低

在芯片級(jí)上，可以使用以下設(shè)計(jì)技術(shù)將抖動(dòng)降至最低：

1．差分信號(hào)收發(fā)：即使進(jìn)入芯片的是單端信號(hào)，最好也在芯片中將其轉(zhuǎn)換為差分信號(hào)，原因同上節(jié)所述。

2．仔細(xì)布設(shè)信號(hào)通路：在對(duì)敏感時(shí)序信號(hào)通路進(jìn)行布線時(shí)必須小心，而且走線越短越好，還應(yīng)避免與任何數(shù)字信號(hào)線交叉。只要條件允許，最好將這些信號(hào)通路均在屏幕上顯示出來(lái)。例如，一條在第二層金屬平面上的信號(hào)通路可以?shī)A在第一層和第三層金屬平面之間，而第一層和第三層金屬平面均連接到一個(gè)干凈的地上。

3．恰當(dāng)選擇緩沖器大小：如果用緩沖器在模塊間分配信號(hào)，那么必須注意驅(qū)動(dòng)強(qiáng)度的選擇。驅(qū)動(dòng)不足會(huì)造成信號(hào)上升/下降沿過(guò)緩，給噪聲以可乘之機(jī)。

4．保持基底和地的干凈：基底噪聲和地噪聲是造成確定性抖動(dòng)的主要原因。在一個(gè)有多路同步數(shù)字輸出的芯片內(nèi)，地線反彈噪聲(ground bounce)可能會(huì)達(dá)到幾百毫伏，甚至1伏。為了降低地線反彈噪聲，芯片上應(yīng)該有盡可能多的電源對(duì)，而且這些電源對(duì)應(yīng)盡可能靠近數(shù)字輸出。

5．使用一個(gè)單獨(dú)的干凈地層：在電路設(shè)計(jì)中，最好將數(shù)字電路的電源與敏感的模擬電路(如振蕩器或PLL)的電源分開(kāi)。數(shù)字電路，尤其是高驅(qū)動(dòng)輸出數(shù)字電路的電源很可能會(huì)引入噪聲，而且這種電源一旦用于時(shí)序電路，那么也會(huì)成為增大抖動(dòng)的一個(gè)主要原因。因此，對(duì)PLL這樣的電路甚至可以利用電源濾波來(lái)進(jìn)一步減小電源噪聲的影響。

怎樣將單元模塊中的相位噪聲和抖動(dòng)降至最低

在設(shè)計(jì)單元模塊時(shí)可以采用以下技術(shù)來(lái)減小抖動(dòng)：1．利用尾電流--時(shí)序電路中使用的電流與相位噪聲之間有一個(gè)直接的關(guān)系。例如，增大一對(duì)差分對(duì)的尾電流必定導(dǎo)致抖動(dòng)性能得到改善。于是我們就必須在降低抖動(dòng)和縮減功耗之間尋求一個(gè)平衡，在適當(dāng)之處選擇性地增大最敏感電路的電流。2．仔細(xì)布局--在對(duì)那些可能引起相位噪聲的單元進(jìn)行布局時(shí)必須小心，匹配元件(例如連接到一對(duì)差分對(duì)的輸入)應(yīng)方向相同，而且盡可能對(duì)稱布局。該方法會(huì)使應(yīng)匹配的元件具有同樣的處理斜率(process gradients)，因而有助于改善元件之間的匹配程度。電阻應(yīng)盡可能寬，以減小Delta W效應(yīng)。如果可能，應(yīng)在整個(gè)電路中使用同一種類，甚至尺寸和阻值都相同的電阻來(lái)幫助跟蹤工藝和溫度的所有變化。

總而言之，要想盡可能減小抖動(dòng)，就必須在所有設(shè)計(jì)層上都小心謹(jǐn)慎。高速數(shù)字設(shè)計(jì)師在設(shè)計(jì)過(guò)程的每一步都應(yīng)考慮相位噪聲和抖動(dòng)的影響。