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數(shù)模混合電路抗干擾設計

發(fā)布時間:2023-10-10
數(shù)?;旌想娐吩O計當中,干擾源、干擾對象和干擾途徑的辨別是分析數(shù)?;旌显O計干擾的基礎。通常的電路中,模擬信號上由于存在隨時間變化的連續(xù)變化的電壓和電流有效成分,在設計和調試過程中,需要同時控制這兩個變量,而且他們對于外部的干擾更敏感,因而通常作為被干擾對象做分析;數(shù)字信號上只有隨時間變化的門限量化后的電壓成分,相比模擬信號對干擾有較高的承受能力,但是這類信號變化快,特別是變化沿速度快,還有較高的高頻諧波成分,對外釋放能量,通常作為干擾源。
作為干擾源的數(shù)字電路部分多采用cmos工藝,從而導致數(shù)字信號輸入端極高的輸入電阻,通常在幾十k歐到上兆歐姆。這樣高的內阻導致數(shù)字信號上的電流非常微弱,因而只有電壓有效信號在起作用,在數(shù)?;旌细蓴_分析中,這類信號可以作為電壓型干擾源,如clk信號,reset等信號。除了快速交變的數(shù)字信號,數(shù)字信號的電源管腳上,由于引腳電感和互感引起的同步開關噪聲(ssn),也是數(shù)模混合電路中存在的重要一類電壓型干擾源。此外,電路中還存在一些電流信號,特別是直流電源到器件負載之間的電源信號上有較大的電流,根據(jù)右手螺旋定理,電流信號周圍會感應出磁場,進而引起變化的電場,在分析時,直流電源作為電流型干擾源。
無論電壓型還是電流型的干擾源,在耦合到被干擾對象時,既可能通過電路傳導耦合,也可能通過空間電磁場耦合,或者二者兼有。然而一般的仿真分析工具,往往由于功能所限,只能分析其中一種。例如在傳統(tǒng)的spice電路仿真工具中,只考慮電路傳導型的干擾,并不考慮空間電磁場的耦合;而一般的pcb 信號完整性(si)分析工具,只考察空間電磁場耦合,將所有的電源、地都看作理想dc直流,不予分析考慮。耦合路徑提取的不完整,也是困擾數(shù)模混合噪聲分析的重要原因。
數(shù)?;旌显O計中,電源和地的劃分,是業(yè)內爭論的焦點。傳統(tǒng)的設計中,數(shù)字模擬部分被嚴格分開;然而隨著系統(tǒng)越來越復雜,數(shù)模電路集成度不斷提高,分割又會造成數(shù)字信號跨分割,信號回流不完整,進而影響信號完整性,另外,電源的分割還造成電源分配系統(tǒng)的阻抗過高;有人提出“單點連接”:還是做分割,但是在跨分割的信號下方單點連接以避免跨分割問題;但是如果數(shù)模之間信號很多,難于分開,這種“單點連接”也存在困難,因而又有人提出不分割,只是保持數(shù)字和模擬部分不要交叉;還有一些資料介紹,在跨分割的信號旁邊包地線或者并聯(lián)電容,用來提供完整回流路徑。無論哪種方法,似乎都有一定道理,而且都有成功的先例,然而所有這些分割方案的有效性以及可能存在的問題,一直沒有檢驗的標準。
數(shù)?;旌想娐返姆抡?,還存在模型的問題。業(yè)界普遍接受的模擬電路仿真模型還是spice模型,數(shù)字電路信號完整性分析使用ibis模型。多家eda公司的仿真軟件已經(jīng)推出支持多種模型的混合模型仿真器,然而擺在設計師案頭的主要困難是器件模型,特別是模擬器件模型很難得到。在數(shù)字設計看來,時域的瞬態(tài)分析,即某一時間點上確定的電壓值,是仿真的主要手段,就像調試中的示波器那樣直觀。沒有精確的模型,瞬態(tài)分析就無法實現(xiàn)。然而對模擬設計,特別是噪聲分析,激勵源在時間軸上難于描述或很難預測,只知道他的頻率帶寬范圍和大致幅度,這時候我們通常會引入頻域掃頻分析,考察掃頻信號在關注點的變化,如同頻譜分析儀的作用。或者干脆如網(wǎng)絡分析儀(na)那樣考察信號或噪聲通過的通道的頻域syz參數(shù),進而預測干擾發(fā)生的頻率和幅度??梢?,數(shù)模混合噪聲分析,既需要支持混合模型的仿真器,也需要仿真器同時支持時域分析和頻域分析。
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