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        數(shù)字電路中△I噪聲的危害

        作者: 時間:2010-12-22 來源:網(wǎng)絡 收藏

          1.3 電源電壓波動與時鐘抖動

          時鐘是數(shù)字系統(tǒng)的核心之一。時鐘的產(chǎn)生與分布對系統(tǒng)的性能和功耗都有顯著影響。時鐘偏差(clock skew)和時鐘抖動(clock jitter)[6]是主要問題,它們會導致數(shù)字系統(tǒng)的性能下降或工作出錯。然而,電源電壓波動是引起時鐘分布網(wǎng)絡中抖動的主要原因[7]。

          從上述分析可見,△I噪聲會引起電源電壓波動。電源電壓波動造成的不良后果是多方面的、是嚴重的。考慮到的規(guī)模越來越大及△I噪聲的疊加性,這一問題會變得更加嚴重。

          一個數(shù)字系統(tǒng)要求對各個門電路提供穩(wěn)定的電源電壓。為了確保正常工作,電源電壓的波動應控制在幾百毫伏以內(nèi)。所以,電源電流尖峰脈沖問題,已成為現(xiàn)代數(shù)字設計中必須解決的關(guān)鍵問題之一。

          2電路內(nèi)部噪聲

          在模擬電路中,外界噪聲通常是關(guān)注的重點。而對于,則內(nèi)部噪聲最值得關(guān)注。一般來說,產(chǎn)生內(nèi)部噪聲源的原因包括地線噪聲、電源線噪聲、傳輸線(transimission line)反射、串擾(crosstalk)等,其中最重要的噪聲源是地線噪聲和電源線噪聲。

          2.1 地線噪聲

          由△I噪聲產(chǎn)生過程的分析可知,負載電容CL在放電時引起電流尖峰脈沖,該電流尖峰脈沖流經(jīng)接地線。由于接地線存在寄生電感,所以電流尖峰脈沖流經(jīng)接地線時,便產(chǎn)生噪聲電壓,即地線噪聲(接地線還有寄生電阻,但相對于寄生電感引起的噪聲而言,其引起的噪聲要小得多,可以不予考慮)。

          實際上,由兩個晶體管同時導通引起的電流尖峰脈沖也流經(jīng)接地線,但由于相對于負載電容CL放電引起的電流尖峰脈沖而言,該電流尖峰脈沖要弱得多,所以在分析電流尖峰脈沖在接地線上引起的噪聲時,該電流可以不予考慮。

          為方便起見,在具體分析地線噪聲的產(chǎn)生與危害時,可將邏輯電路等效為圖3所示的形式。

          

        邏輯電路等效

          當開關(guān)2 接通時,負載電容CL對地放電。隨著上電壓的下降,其存儲的電荷流向地,在接地回路上形成一個電流尖峰脈沖,記作Idischarge。

          隨著放電電流建立然后衰減,這一電流變化通過接地引腳的電感起作用,在器件外的系統(tǒng)地平面與封裝內(nèi)的地之間感應產(chǎn)生了一個電壓VGND,其大小為:

          

        公式

          與滿幅值的輸出電壓相比,VGND通常較小。它不會嚴重影響發(fā)送信號,但會嚴重干擾負載,影響對信號的接收。因為對接收電路而言,VGND脈沖就像是直接疊加在輸入信號上的噪聲。

          以上是TTL電路的情況。雖然CMOS電路的拓撲(topology)結(jié)構(gòu)不同,但噪聲脈沖的概念是一樣的。

          如果同一芯片上的N個容性負載相應的N路輸出同時轉(zhuǎn)換,則會得到N倍的地電流,于是噪聲脈沖的增大也接近N倍。



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