消除無線IC中的隱患（襯底噪音耦合）
分析工具可以使無線電設(shè)計(jì)人員實(shí)際觀察到芯片中由于襯底耦合產(chǎn)生的噪音特性 Simplex Solutions公司 Tallis Blalack和Francois Clement 著/王正華 譯
---- 今天,復(fù)雜的深亞微米系統(tǒng)集成芯片（SOC）的設(shè)計(jì),由于特征尺寸持續(xù)縮小,集成度高和頻率不斷提高,電壓不斷降低,使得襯底噪音耦合成為無線電設(shè)計(jì)人員需要解決的一項(xiàng)重要課題。但是,直到最近設(shè)計(jì)人員沒有別的辦法,只能依靠經(jīng)驗(yàn)方法來防止由于襯底耦合引起的交叉干擾。
---- 但是這些經(jīng)驗(yàn)規(guī)則往往或者不靈,或者過于保守。不論是那種情況,設(shè)計(jì)人員對(duì)于設(shè)計(jì)是否會(huì)失敗總是心中沒底。新推出的襯底噪音模型和分析工具,可以使設(shè)計(jì)人員了解由于襯底耦合所產(chǎn)生的噪音性能。
存在許多消除耦合噪音的方法
---- 無線電設(shè)計(jì)人員碰到下述情況簡(jiǎn)直太平常了：設(shè)計(jì)小組根據(jù)以前幾次設(shè)計(jì)總結(jié)出來的規(guī)律,完成了芯片設(shè)計(jì),等到制造好了一試,發(fā)現(xiàn)并不能達(dá)到原定的指標(biāo)。而且,除了籠統(tǒng)地知道,是由于襯底耦合噪音引起的以外,他們分析不出來任何深層的原因。
---- 設(shè)計(jì)人員只能憑經(jīng)驗(yàn),靠直覺解決問題,采取一切想得出來的措施（重新安置模塊的位置;建立隔離保護(hù)環(huán);增加去耦電容;錯(cuò)開門電路通斷的時(shí)間等等）。然后,這個(gè)隱患消除了,但是并不知道真正的原因。
---- 但是等到開始設(shè)計(jì)下一個(gè)項(xiàng)目時(shí),問題又來了。小組在上一個(gè)項(xiàng)目中所采取的一切措施都成了新的''指導(dǎo)規(guī)則''。然而,很可能所有這些措施都是必要的,但是,也可能僅僅其中的一項(xiàng)措施,是真正必要的。
---- 他們并沒有真正弄明白,他們僅僅知道上一次解決了問題。襯底噪音和加工過程中的工藝因素關(guān)系十分密切,因此,盡管這次已經(jīng)采取了上次所采取的一切措施了,但是結(jié)果顯示依舊又遇到了麻煩。
---- 問題的嚴(yán)重性在于,當(dāng)前加工芯片的費(fèi)用十分高昂（一套0.18微米的掩模版,價(jià)值高達(dá)50萬美元）。由于缺乏預(yù)見性,往往導(dǎo)致返工,既延長(zhǎng)了設(shè)計(jì)周期,又錯(cuò)過了上市的機(jī)會(huì)。
---- 無線電設(shè)計(jì)人員真正需要的是,能在設(shè)計(jì)的早期發(fā)現(xiàn)導(dǎo)致芯片襯底耦合噪音產(chǎn)生的原因所在。新的襯底模型和分析工具可以使他們做到這一步。
圖1：連接導(dǎo)線和襯底之間的電容可以產(chǎn)生電容耦合
產(chǎn)生襯底噪音耦合的原因
---- 襯底噪音耦合使得許多設(shè)計(jì)小組傷透了腦筋。隨著工作頻率的提高,特征尺寸的縮小,甚至連數(shù)字線路（例如鎖相環(huán)電路,甚高頻的I/O線路）也變得十分敏感,甚至需要當(dāng)作''模擬線路''來考慮。
---- 現(xiàn)在的高速、高集成度無線通信用芯片特別容易產(chǎn)生襯底噪音耦合效應(yīng)。高度集成的芯片設(shè)計(jì),電路中的許多部分共用一塊襯底,形成了噪音的重要耦合路徑。
---- 蜂窩電話和尋呼機(jī)等窄帶應(yīng)用產(chǎn)品,須要濾除相鄰頻道的耦合噪音,對(duì)噪音的容限有較嚴(yán)格的要求。如果RF接收部分也和其它部分,例如基帶線路,集成在同一塊襯底上時(shí),耦合到微弱接收信號(hào)上的噪音可能產(chǎn)生嚴(yán)重影響。這些問題隨著頻率的升高,影響也越發(fā)嚴(yán)重。
---- 襯底噪音的主要來源,是供電電源的跳動(dòng)和電容的耦合。當(dāng)節(jié)點(diǎn)轉(zhuǎn)換狀態(tài)時(shí),需要從電源線或接地線吸取電流。
