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圖像視頻和多媒體系統，各種消費類應用廣泛采用了數字信號處理技術。數據轉換器成為現實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廠商能夠為系統芯片(SoC)設計師提供幾乎可以滿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廠商采用了尖端的電路和架構技術，使它們在嚴苛的系統芯片環境中仍然堅固耐用。這些電路和架構技術(不在本文討論范圍之內)可以免除大系統芯片中常見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，為了實現數據轉換器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，避免危害整個系統性能的缺陷。

數據轉換器IP集成之所以會被認為錯綜復雜，其原因是它要求精心的手動布局布線。但是，通過深入了解影響性能的潛在問題，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手段。

本文系統地介紹了12種簡化設計技術，這些技術解決了系統集成中的所有常見問題，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看，兩種數據轉換器的信號接口相似，只不過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、兩個或兩個以上的通道;

△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;

△轉換時鐘(clk)可由內部鎖相環驅動，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

第三方數字轉換器IP在設計過程中考慮到了系統芯片集成和IP運行簡單順暢，沒有障礙。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集成成功的簡單技術。

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生的過大噪聲會進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，采用這一技術可按照圖3中的四個步驟進行操作：

1. 將數據轉換器(如模擬-數字轉換器)遠離數字開關電路;

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. 將時鐘源(如鎖相環)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關走線或邏輯塊，請設立一個禁入區域

(即沒有金屬、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隔離開。