更小和更快趋势是如何解决混合信号系统设计中的问题

  • 栏目:视觉设计 时间:2020-07-19 13:06
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  数字蜂窝电话比其前身模仿蜂窝电话含有更众的模仿功用。本质上,寻常务必管理陆续形态值信号(如音响、图像、温度、压力)的任何编制都有己方的模仿功用个别,纵然名称上叫做数字编制。现正在的众媒体PC也不不同。

  两种编制进展趋向对所涉及的混杂信号策画提出了新的挑拨。便携式通讯筑立和策画装 置陆续缩小尺寸、减轻重量而填补职能;台式编制则陆续填补CPU和通讯外设速率。确凿,即要策画新式数字板又要避免时扰动、噪声惹起的偏差和地回波是很难的事故。

  正在芯片级,现今的片上编制(SOC)须要有逻辑、模仿和热力学策画方面的特意技艺。为了很好地运用这些IC,板级和编制级策画职员务必清楚正在什么地方安排元件、确定板连线和运用护卫器件最好。

  本文将刻画当今混杂信号编制策画中的少许协同的、易犯的毛病,并给出解除和淘汰这些题目的法则。正在进入特定题目和倡导之前看一下两种编制策画趋向--更小和更速是如怎么影响这些题目的,这对题目的处理是有助助的。

  1999年的蜂窝电线年前筑筑的蜂窝电话比拟,其芯片数要少得众,重量和体积鲜明减小,电池寿命明显延伸。此进步的症结身分是混杂信号IC处理计划的进步。跟着芯片几何尺寸的减小和板上线距的缩短,其物理定律首先遗失个别意旨。

  紧靠正在一道的并行线将存正在的更大的寄生电容耦合。以至非相近线之间的电容耦合也或者成为题目。

  蜂窝电话本色上是一种手持装配。它有时要处正在低温度处境下,而有时要经受高电压、静电放电(ESD)脉冲的打击。没有妥当的ESD护卫,蜂窝电话中的一个或众个IC或者被损坏。然而,填补外部元件来护卫器件免遭ESD影响,将与编制变为更小的趋向背道 而驰。

  另一个题目是功率统治。蜂窝电话用户生气电池两次充电之间的间隔要长。这意味着DC-DC变换器出力务必高。开合本领是处理计划,但正在这种境况下变换器是其自己的潜 正在噪声源。务必小心地采用、安设和互连变换器。由于尺寸是一个身分,是以,应采用尺寸最小的无源元件。假若采用线性稳压器,应采用具有特低压降的,使输出连结正在最低电池电压。这将使电池正在不再能供给足够的功率之前齐全放电。

  1999年中档PC的职能目标与5年前筑筑的同类机比拟,其CPU速率速了一个数目级,而CPU的电流损耗也提升了一个数目级。当把较速的速率和较高的电流联合时,V=L(di/dt)相合式的“di/dt”部清爽显增大。底细上,半英寸长的板上地线V的感触信号。

  为了到达较速的速率,用深亚微米(比如0.35m)尺寸策画和筑筑IC。当这些缩小的几何尺寸供给更速的职能时,也填补了这些器件对瞬态所惹起的闭锁超载和其他损害的敏锐性。并且这些器件须要愈加庄重的功率统治来满意愈加庄重的和平电压范畴。

  现正在的10/100 Ethernet收集接口卡(NIC)是很好的例子(睹图1)。原本的10Base-T芯片是大尺寸CMOS器件,它们对过压损坏相对不敏锐。然而,较量新的芯片是用0.35m线宽创制的,并且对电源感触的瞬态和雷电感触的瞬态所惹起的闭锁超载或失效万分敏锐。

  具有对称众管理(SMP)机合和50MHz(或更高频率)CPU的新式供职器是功率分拨题目的好例子。容易地做一个5V电源维系到总线A以上电流时,本质上正在每个运用点都须要一个独立的变换器,并且须要一个较大的低级电压电源给扫数这些变换器供电。

  日益向带电交流才干进展的趋向意味着人们务必不妨从一个带电编制插入或拔出插板。所以,板和母板都务必妥当地加以护卫。

  编制向更小和更速的目标进展会引出少许异常的题目。比如,高电流功率分拨看待小的便携式手持装配来说不是一个大题目。对台式编制和供职器来说,延伸电池寿命也不行题目。但由瞬态惹起的闭锁超载和损害对这两种使用来说,都是须要处理的题目。

  向深亚微米IC线宽过渡已增大了对过压条款的敏锐度,为此务必奥妙地护卫这些器件,同时又不至于影响其职能。

  任何护卫元件正在寻常职业岁月务必行为高阻抗电途显露正在受护卫的输入端。它所施加的电容负载务必尽或者的小,使得对寻常的输入信号险些没有影响。然而,正在过压的刹时,统一器件务必成为能量的紧要通途,把能量从被护卫器件的输入端变动出去。别的,护卫器件的和平(standing-off)电压务必高于受护卫端所答允的最大信号电压。同样,其箝位电压务必低到足以避免所护卫的器件遭遇损坏,这是因为正在瞬态发作岁月,输入端上的电压将是护卫器件的箝位电压。

  过去,瞬态电压禁止(TVS)二极管能有用地箝位电途板上的瞬态。平日的TVS二极管是固态PN结器件,正在电压低到5V时职业得很好。它们具有所生气的扫数性格:敏捷响合时间、低箝位电压和高电飘泊涌。浅显的YVS二极管具有与电压联系的电容,即电压消浸电容填补。比如,正在5V时,一个榜样的ESD护卫器件大抵有400pF结电容。这以为是正在100Base-T Ethernet发射器或收受器输入结点或正在通用串行总线(USB)输入端上的电容负载。然而恰是这类电途最须要瞬态护卫。

  正在电压低于5V时,不行选用浅显TVS二极管。新的TVS本领所供给的瞬态和ESD护卫可降到的2.8V职业电压。为了满意编制的央浼。可选工具有妥当和平电压和箝位电压的TVS器件。同时也应细心护卫器件安排正在板上的地方以及板上线的走向。

  正在护卫通途中的寄生电感可导致高电压过冲和IC损坏。这正在敏捷上升时代瞬态(如ESD)的境况下是额外症结的。凭据IEC1000-4-2界说,ESD感触的瞬态正在1纳秒内到其峰值。看待20nH/inch的线英寸线V过冲。

  务必商量扫数或者的感触通途,征求地回途、TVS器件与被护卫线之间的通途以及从维系器到TVS器件的通途。此外,TVS器件应尽或者亲昵维系器以淘汰瞬态耦合进入左近的其他连线Ethernet板(睹图1)是一个须要瞬态护卫的子编制。用正在Ethernet开合和途由器中的器件容易受高能量、雷电感触瞬态的影响。而正在策画中所采用的深亚微米IC极易受过压闭锁超载的损害。正在榜样的编制中,每个端口的扭线对接口由两个差分信号对(一个用于发射器,一个用于收受器)构成。发射器输入平日是最易损坏的。致命的放电或者发作正在线对的不匀称处而且通过变压器电容耦合到Ethernet IC中。

  看待高信号频率(100Mbits/s)和低电源电压(平常为3.3V),护卫器件务必具有万分低的电容负载,和平电压要远低于5V。正在这种境况下,护卫通途中的寄生电感可导致大的电压过冲。

  较量一下迩来10年PC所需电流的变更,其电流填补是惊为的。跟着时钟频率的火速加快,使得PC和供职器处于额外高的di/di处境。比如,2.5H的电感和4×1500F的电容正在负载上的瞬态可达200mV(峰-峰)支配,规复时代为50s。更繁难的事故是CPU从睡眠办法很速过渡到叫醒办法,其所爆发的瞬态为20~30A/s,使功率统治成为头痛的题目。

  本文刻画了怎么预念和避免某些混杂信号编制易出错误的技巧。每个编制都有其自己的题目,而每个策画为员都有其处理题目的特殊主见。不管是对待更艰难的护卫仍然更精准的功率统治,采用妥当的元件是处理题目的第一步。正在选用变换器、变换器节制器和TVS护卫器件时有许众采用上的商量。把这些元件安排正在板上妥当的地方本领到达有用的功率统治或护卫。商量稹密的连线和地线组织是策画中处理的另一个厉重题目。

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