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)計技

技術(shù)2：數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器靠近模擬I/O焊盤

進入模擬-數(shù)字轉(zhuǎn)換器輸入的任何噪聲或不需要的信號將被轉(zhuǎn)換器視為“真”信號，繼而出現(xiàn)在數(shù)字輸出中。模擬-數(shù)字轉(zhuǎn)換器能夠區(qū)分的最小電壓(用最低有效位(LSB)表示)決定數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器的準(zhǔn)確度，也是模擬-數(shù)字轉(zhuǎn)換器最大擺幅(FS)及其分辨率(N)的函數(shù)(如以下方程所示)。以0.5V峰-峰最大輸入擺幅的12位單端模擬-數(shù)字轉(zhuǎn)換器為例，最低有效位范圍很小，僅為122.1μV。

LSB = FS/2N

在如此高的準(zhǔn)確度要求下，如果轉(zhuǎn)換的數(shù)字信號(攻擊者)電容耦合(串?dāng)_)到模擬-數(shù)字轉(zhuǎn)換器輸入(受害者)，數(shù)字輸出信號中耦合的攻擊信號的頻譜含量可能會超出模擬-數(shù)字轉(zhuǎn)換器的噪聲本底值，從而影響系統(tǒng)性能(頻譜純度)。

同樣，串?dāng)_數(shù)字-模擬轉(zhuǎn)換器輸出對系統(tǒng)性能產(chǎn)生相似的影響，即轉(zhuǎn)換的數(shù)字信號電容耦合到數(shù)字-模擬轉(zhuǎn)換器輸出可以生成超出數(shù)字-模擬轉(zhuǎn)換器噪聲本底值的頻譜含量。

采用差分輸入的模擬-數(shù)字轉(zhuǎn)換器，或是采用差分輸出的數(shù)字-模擬轉(zhuǎn)換器，都具有較強的抗共模噪聲干擾能力，因為攻擊者均衡地耦合到正負(fù)差分信號。為充分利用這種高抗噪聲干擾能力，使用這些數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器應(yīng)同時采用正確屏蔽和外部信號布線等設(shè)計技術(shù)。

當(dāng)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器需要外部基準(zhǔn)時也會出現(xiàn)類似的問題。由于基準(zhǔn)決定數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器的滿幅輸入擺幅，如果噪聲或不需要的信號與基準(zhǔn)耦合，就會成為數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器輸出信號的一部分。

圖4a顯示了28納米12位Sigma-DeltaIQ模擬-數(shù)字轉(zhuǎn)換器頻譜，可以看到轉(zhuǎn)換器輸入與基準(zhǔn)信號之間有耦合。這會導(dǎo)致第二諧波(h2)能量過大，將總諧波失真(THD)降低近14dB。相反，圖4b顯示的是相同IQ模擬-數(shù)字轉(zhuǎn)換器在耦合消除后的性能，這會使總諧波失真改善，達到-72dBc。

基準(zhǔn)對流經(jīng)非零電阻(電阻壓降)基準(zhǔn)路徑的非零電流造成的壓降很敏感。這一效應(yīng)會在轉(zhuǎn)換中產(chǎn)生系統(tǒng)性的偏移(offset)和增益誤差(gain error)。

考慮到這些影響，將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器正確植入系統(tǒng)芯片之后，下一步就是對轉(zhuǎn)換器和I/O之間的模擬信號進行布線，同時采用以下技術(shù)：

技術(shù)3：保持模擬布線路徑簡短

保持模擬布線路徑盡可能簡短，使無關(guān)信號不太可能耦合到模擬I/O出或基準(zhǔn)中。

技術(shù)4：增加屏蔽

為盡可能減少關(guān)鍵模擬信號的噪聲耦合或串?dāng)_，特別是在串?dāng)_無法避免的情況下，設(shè)計人員應(yīng)在攻擊者和受害者軌跡之間增加屏蔽。圖5介紹了增加有效屏蔽的正確方法：通過中間層(金屬N+1)將以金屬N布線的模擬信號軌跡A和B與以金屬N+2布線的噪聲信號C屏蔽開來，完全覆蓋重疊區(qū)域，并與干凈的模擬接地電源連接。通過在臨近信號增加金屬層走線，可在同層的金屬間(分別是金屬N與N+2)實現(xiàn)進一步屏蔽隔離。

只有在必須的情況下才增加屏蔽，而且是不沿著所有路徑，以避免不必要地增加信號寄生電容。