기질 커플링
Substrate coupling집적회로에서 신호는 기판을 통해 한 노드에서 다른 노드로 결합할 수 있다.이 현상을 기질 커플링 또는 기질 노이즈 커플링이라고 한다.null
비용 절감, 보다 컴팩트한 회로 보드 및 추가 고객 특징에 대한 추진은 주로 혼합 신호 IC를 형성하는 디지털 MOS 집적회로(ICs)에 아날로그 기능을 포함하기 위한 동기를 제공했다.이들 시스템에서는 디지털 회로의 속도가 지속적으로 증가하고, 칩의 밀도가 높아지고, 상호연결 레이어가 추가되며, 아날로그 분해능이 높아진다.또한, 최근 무선 애플리케이션의 증가와 그것의 성장하는 시장은 혼합 신호 시스템을 실현하기 위한 새로운 공격적인 설계 목표를 도입하고 있다.여기서 설계자는 단일 칩에 무선 주파수(RF) 아날로그와 베이스 밴드 디지털 회로를 통합한다.모든 블록이 동일한 칩에 조립되는 실리콘에 싱글칩 무선주파수 집적회로(RFIC)를 만드는 것이 목표다.이러한 통합의 장점 중 하나는 패키지 핀의 수와 관련 본드 와이어 캐패시턴스의 감소로 인한 휴대성을 위한 낮은 전력 소산이다.통합 솔루션이 낮은 전력 소비량을 제공하는 또 다른 이유는 고주파 신호 오프칩을 라우팅하려면 종종 50Ω 임피던스 일치가 필요하기 때문에 전력 소모가 더 커질 수 있기 때문이다.그 밖에 패키지 인터커넥트 파라시틱스 감소, 시스템 신뢰성 향상, 패키지 수 감소, VLSI 호환 디지털 회로와의 RF 컴포넌트 통합 향상 등의 이점이 있다.실제로 싱글칩 송수신기는 이제 현실이 됐다.null
그러나 그러한 시스템의 설계는 복잡한 작업이다.혼합 신호 IC 실현에는 크게 두 가지 과제가 있다.RFIC에 특정한 첫 번째 도전 과제는 하이큐 인덕터와 같은 우수한 온칩 수동 소자를 제작하는 것이다.이 장의 주제와 혼합 신호 IC에 적용할 수 있는 두 번째 도전 과제는 시스템의 오작동을 방지하기 위해 시스템의 다양한 부분 사이의 소음 커플링을 최소화하는 것이다.즉, 혼합 신호 시스템의 성공적인 시스템 온 칩 통합을 위해서는 민감한 아날로그 회로와 소음이 많은 디지털 회로가 효과적으로 공존할 수 있도록 비이상적 절연에 의한 노이즈 커플링을 최소화해야 하며, 시스템이 올바르게 작동한다.자세히 설명하자면, 혼합 신호 회로에서는 민감한 아날로그 회로와 고주파수 노이즈 인젝터 디지털 회로가 모두 동일한 칩에 존재하여 전도성 기판을 통해 이 두 유형의 회로 사이에 원치 않는 신호 커플링을 유발할 수 있다는 점에 유의하십시오.이러한 회로 사이의 거리 감소는 지속적인 기술 확장(무어의 법칙과 반도체를 위한 국제 기술 로드맵 참조)의 결과로서 결합을 악화시킨다.문제는 심각하다. 다른 성질과 강도의 신호가 간섭하기 때문에 더 높은 클럭 속도와 더 큰 아날로그 정밀도를 요구하는 전반적인 성능에 영향을 주기 때문이다.null
주요 혼합 신호 노이즈 커플링 문제는 빠르게 변화하는 디지털 신호 커플링에서 민감한 아날로그 노드로 발생한다.원하지 않는 신호 커플링의 또 다른 중요한 원인은 고주파/고출력 아날로그 신호로 인한 아날로그 노드들 간의 교차점이다.혼합 신호 노이즈 커플링이 발생하는 매체 중 하나는 기질이다.디지털 작동은 기본 기판 전압에 변동을 일으키며, 이는 공통 기판을 통해 확산되어 아날로그 섹션에 있는 민감한 장치의 기판 전위 변화를 일으킨다.마찬가지로, 아날로그 노드들 사이의 교차점의 경우, 신호는 기판을 통해 한 노드에서 다른 노드로 결합될 수 있다.이 현상을 기질 커플링 또는 기질 노이즈 커플링이라고 한다.null
혼합 신호 커플링 모델링, 분석 및 검증
기질에 관한 문헌과 혼합 신호 커플링에 관한 문헌이 있다.가장 일반적인 주제는 다음과 같다.
- 전자 장치에 내재된 무작위 노이즈와 회로에 의해 발생하는 결정론적 노이즈의 구별.
- 디지털 회로에서 원하지 않는 신호의 생성을 담당하는 물리적 현상 및 시스템의 다른 부분으로 전송하는 메커니즘을 검사한다.기질이 가장 일반적인 커플링 메커니즘이지만 정전 커플링, 상호 인덕턴스, 전원 공급을 통한 커플링도 분석된다.
- 다양한 모델링 접근법과 시뮬레이션 기법 비교.디지털 노이즈 생성, 기질 임피던스 네트워크, 그리고 (내장되지 않은) 수신기의 감도를 위한 많은 가능한 모델들이 있다.선택한 기법은 분석의 속도와 정확도에 상당한 영향을 미친다.
- 배치 및 배전 합성에 기판 및 혼합 신호 분석 기법을 적용할 수 있다.
참조
- 라바그노, 마틴 및 쉐퍼의 통합 회로 핸드북 전자 설계 자동화 ISBN0-8493-3096-3 전자설계 자동화 분야 조사.본 기사는 시스템 온 칩 설계의 혼합 신호 소음 커플링 제2권 23장에서 허가를 받아 도출하였다. Nisath Verghese와 Makoto Nagata의 모델링, 분석 및 검증
