可將數據轉換器IP成功集成到系統芯片的12種設計技

技術(shù)2：數據轉換器靠近模擬I/O焊盤(pán)

進(jìn)入模擬-數字轉換器輸入的任何噪聲或不需要的信號將被轉換器視為“真”信號，繼而出現在數字輸出中。模擬-數字轉換器能夠區分的最小電壓(用最低有效位(LSB)表示)決定數據轉換器的準確度，也是模擬-數字轉換器最大擺幅(FS)及其分辨率(N)的函數(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-數字轉換器為例，最低有效位范圍很小，僅為122.1μV。

LSB = FS/2N

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

同樣，串擾數字-模擬轉換器輸出對系統性能產(chǎn)生相似的影響，即轉換的數字信號電容耦合到數字-模擬轉換器輸出可以生成超出數字-模擬轉換器噪聲本底值的頻譜含量。

采用差分輸入的模擬-數字轉換器，或是采用差分輸出的數字-模擬轉換器，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差分信號。為充分利用這種高抗噪聲干擾能力，使用這些數據轉換器應同時(shí)采用正確屏蔽和外部信號布線(xiàn)等設計技術(shù)。

當數據轉換器需要外部基準時(shí)也會(huì )出現類(lèi)似的問(wèn)題。由于基準決定數據轉換器的滿(mǎn)幅輸入擺幅，如果噪聲或不需要的信號與基準耦合，就會(huì )成為數據轉換器輸出信號的一部分。

圖4a顯示了28納米12位Sigma-DeltaIQ模擬-數字轉換器頻譜，可以看到轉換器輸入與基準信號之間有耦合。這會(huì )導致第二諧波(h2)能量過(guò)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-數字轉換器在耦合消除后的性能，這會(huì )使總諧波失真改善，達到-72dBc。

基準對流經(jīng)非零電阻(電阻壓降)基準路徑的非零電流造成的壓降很敏感。這一效應會(huì )在轉換中產(chǎn)生系統性的偏移(offset)和增益誤差(gain error)。

考慮到這些影響，將數據轉換器正確植入系統芯片之后，下一步就是對轉換器和I/O之間的模擬信號進(jìn)行布線(xiàn)，同時(shí)采用以下技術(shù)：

技術(shù)3：保持模擬布線(xiàn)路徑簡(jiǎn)短

保持模擬布線(xiàn)路徑盡可能簡(jiǎn)短，使無(wú)關(guān)信號不太可能耦合到模擬I/O出或基準中。

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擾，特別是在串擾無(wú)法避免的情況下，設計人員應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(guò)中間層(金屬N+1)將以金屬N布線(xiàn)的模擬信號軌跡A和B與以金屬N+2布線(xiàn)的噪聲信號C屏蔽開(kāi)來(lái)，完全覆蓋重疊區域，并與干凈的模擬接地電源連接。通過(guò)在臨近信號增加金屬層走線(xiàn)，可在同層的金屬間(分別是金屬N與N+2)實(shí)現進(jìn)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(zhù)所有路徑，以避免不必要地增加信號寄生電容。