可將數據轉換器IP成功集成到系統芯片的12種設計技

為了滿(mǎn)足苛刻性能和快速運行要求，今天的系統，從通訊接口到高品質(zhì)圖像視頻和多媒體系統，各種消費類(lèi)應用廣泛采用了數字信號處理技術(shù)。數據轉換器成為現實(shí)世界模擬信號與數字域之間的接口。因此，數據轉換器是完整信號處理鏈上的重要組成部分，而信號處理是每臺消費電子設備上不可或缺的一部分。

盡管數據轉換器設計復雜，但IP廠(chǎng)商能夠為系統芯片(SoC)設計師提供幾乎可以滿(mǎn)足任何系統要求的數據轉換器。此外，為了提供適合系統芯片集成的數據轉換器，Synopsys等知名的數據轉換器IP廠(chǎng)商采用了尖端的電路和架構技術(shù)，使它們在嚴苛的系統芯片環(huán)境中仍然堅固耐用。這些電路和架構技術(shù)(不在本文討論范圍之內)可以免除大系統芯片中常見(jiàn)的襯底和電源噪聲影響，以及對制程、溫度和電壓變化表現穩定。

不過(guò)，為了實(shí)現數據轉換器IP性能最大化，系統芯片設計師必須應對將數據轉換器與系統芯片集成的挑戰，避免危害整個(gè)系統性能的缺陷。

數據轉換器IP集成之所以會(huì )被認為錯綜復雜，其原因是它要求精心的手動(dòng)布局布線(xiàn)。但是，通過(guò)深入了解影響性能的潛在問(wèn)題，系統芯片設計師可以具備成功集成達到預期性能的所有技術(shù)手段。

本文系統地介紹了12種簡(jiǎn)化設計技術(shù)，這些技術(shù)解決了系統集成中的所有常見(jiàn)問(wèn)題，有助確保在系統芯片中成功集成高性能數據轉換器。

數據轉換器基礎知識

采用最適合系統芯片終端應用的性能、速度和功耗要求的架構與配置，可以選擇兩種類(lèi)型數據轉換器，即模擬-數字轉換器(ADC)和數字-模擬轉換器(DAC)。

從物理集成的角度來(lái)看，兩種數據轉換器的信號接口相似，只不過(guò)ADC是將模擬輸入信號轉換成數字輸出信號(圖1)，而DAC是將數字輸入信號轉換成模擬輸出信號(圖2)。

△模擬輸入(in)/輸出(out)信號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;

△數字輸出/輸入(b)信號是模擬輸入/輸出信號的數字表現形式;

△參考電壓可由內部基準電壓源或外部輸入;

△轉換時(shí)鐘(clk)可由內部鎖相環(huán)驅動(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)、數字電源(dvdd)、模擬接地(agnd)和數字接地(dgnd)

成功的IP集成技術(shù)

第三方數字轉換器IP在設計過(guò)程中考慮到了系統芯片集成和IP運行簡(jiǎn)單順暢，沒(méi)有障礙。但是，隨意集成數據轉換器可能造成系統性能變差。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. 首先在系統芯片上做合適的布局

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

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

對于普通的模擬-數字轉換器，采用這一技術(shù)可按照圖3中的四個(gè)步驟進(jìn)行操作：

1. 將數據轉換器(如模擬-數字轉換器)遠離數字開(kāi)關(guān)電路;

2. 數據轉換器數字接口朝向芯片噪聲較大區域，而模擬接口朝向芯片較安靜區域;

3. 將時(shí)鐘源(如鎖相環(huán))盡可能靠近數據轉換器;

4. 如果數據轉換器臨近區域有數字開(kāi)關(guān)走線(xiàn)或邏輯塊，請設立一個(gè)禁入區域

(即沒(méi)有金屬、晶體管或有源區的區域)，以便將數據轉換器與邏輯塊或布線(xiàn)隔離開(kāi)。