從頭到尾構(gòu)建混合信號高集成度系統(tǒng)(SOC)的步驟(4):系統(tǒng)設(shè)計

Dave Ritter：終于有了機(jī)會讓你請吃泰國菜了，Schmitz博士。你知道，我最愛吃那個Punang Curry。

Tamara Schmitz：是，Chicken Satay的味道也非常不錯!我希望給你加加油，然后來進(jìn)行我們的設(shè)計討論。

Dave：沒問題，我們說到什么地方了?

Tamara博士：準(zhǔn)備讓你好好談一談設(shè)計。我們從系統(tǒng)設(shè)計開始，它是設(shè)計的最高層面。

Dave：這是在我們用作例子的MegaQ視頻均衡器的討論起點，也是大多數(shù)系統(tǒng)設(shè)計的起點。要想有效地進(jìn)行設(shè)計，我們需要系統(tǒng)及其所在環(huán)境的一個模型。要設(shè)計的器件是視頻均衡器，所以性能始終與基本電纜特征有關(guān)。

Tamara博士：現(xiàn)在是21世紀(jì)，肯定有一些現(xiàn)成的好模型可供使用。

Dave：對‘普通’應(yīng)用是這樣，但并不總是這樣。此外，如果你想做得比以前出色一些，你就需要以新的方式來看待事情。

Tamara博士：什么類型的新方式。

Dave：許多人盲目地接受模型而不研究用于創(chuàng)建模型的簡化措施。務(wù)必注意模型是否是為高功率應(yīng)用而建立的，或者可能只是為了包括數(shù)字傳輸。

Tamara博士：我想簡化是有意義的。當(dāng)然，每個設(shè)計者都喜歡對每種情況而抽象出來的完整3D模型，但隨后電路和系統(tǒng)可能要花很長時間運(yùn)行在不適合它們使用的那種情況之下。Dave：是的，沒錯!優(yōu)秀的工程師會簡化他們的模型來提高效率。其他優(yōu)秀的工程師在使用來自這些模型的信息時需要考慮那些簡化措施。

Tamara博士：讓我確信我把這個講對了。設(shè)計人員想使用模型，特別是對像這樣的復(fù)雜系統(tǒng)。我們想要適合我們的系統(tǒng)以及與系統(tǒng)相聯(lián)系的每個輸入和輸出的模型。我們進(jìn)行了研究來弄清楚以前做了什么事情，并評估其是否適合我們的系統(tǒng)目標(biāo)。如果模型不適合，那么我們就要重新設(shè)計或改進(jìn)它，直到它匹配我們設(shè)計目標(biāo)中規(guī)定的系統(tǒng)規(guī)格所要求的精度為止。

Dave：做得好，我的Padawan。

Tamara博士：Spice中的模型對大多數(shù)設(shè)計足夠好嗎?

Dave：有許多等級的模型可用于Spice仿真器。每個設(shè)計人員都必須細(xì)致地了解其所使用的晶體管模型的各個方面。有時我們還與代工廠進(jìn)行合作來改變工藝，以便增強(qiáng)或改變那些特征。當(dāng)然，那種改變的代價非常之高，且要花很長時間來創(chuàng)建和驗證其可靠性。

Tamara博士：所以，一旦你有好的模型，你就會使用它們一下?

Dave：毫無疑問。但你依然不能盲目地相信模型。我們還沒有討論布局，但一旦電路規(guī)劃或者“布置”完成，可以進(jìn)行制造，我們就會進(jìn)行抽象工作，來計算拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)甚至我們所選擇的連接的效應(yīng)。

Tamara博士：好的，我們將討論這個問題。讓我們回到對系統(tǒng)設(shè)計的理解。你是如何得到實際均衡器電路的?

Dave：我們的應(yīng)用人員一直在為多家客戶設(shè)計分立解決方案，所以我有一整套工作要做。圖1是一個例子。其中每個解決方案都使用級聯(lián)起來的簡單RC升壓電路來在幾千英尺傳輸距離上提供充分的均衡。我所需要的是針對這些電路的簡單控制的組織原理。

Tamara博士：我想大多數(shù)均衡器都是電極和零點的集合，你只要對電極和零位進(jìn)行調(diào)諧就能獲得合理的均衡曲線。

Dave：對的。這就是我們的手動均衡器。這也是使視頻均衡需要技巧的部分原因所在。安裝人員必須對均衡電路進(jìn)行調(diào)諧才能獲得最佳系統(tǒng)性能。營銷人員希望該調(diào)諧能夠自動化，所以我需要一種帶幾個旋鈕的方案。

Tamara博士：該項目的其他團(tuán)隊成員告訴我說，ISL59605的特別之處在于其安裝非常簡單。原因何在?

Dave：大多數(shù)均衡系統(tǒng)都使用圖2所示的框圖。其中有位于信號進(jìn)入電纜之前的預(yù)均衡電路或升壓電路以及安裝于接收器的后均衡電路。這聽上去可能簡單，但請想一想大多數(shù)安保系統(tǒng)。攝像頭可能環(huán)布于建筑物或物業(yè)周圍，所在位置非常不方便接近，所以安裝預(yù)均衡電路可能復(fù)雜且花錢。

Tamara博士：但MegaQ只安裝在接收器，是不是?其看起來像是圖3。大多數(shù)安保系統(tǒng)都有一個中央計算機(jī)系統(tǒng)或監(jiān)控中心，所有信號都匯集到這里。如果所有均衡器電路都在這里，那就非常方便了。

Dave：你說對了。它確實只安裝在接收端，而且是全自動的。如果安裝人員無意調(diào)換了導(dǎo)線，它甚至?xí)D(zhuǎn)換輸入連接。另外不要忘記，它將在5,000英尺長的電纜上提供補(bǔ)償，在這一點上遠(yuǎn)超競爭對手提供的任何芯片。

Tamara博士：我總是對那些不僅思想超前而令客戶的工作更加容易，并且適合新的和令人激動的應(yīng)用——比如使電纜長度延長到近一英里的功能印象深刻。我們現(xiàn)在回到設(shè)計內(nèi)部。我想MegaQ均衡器最酷的部分是它是全自動的。你是如何實現(xiàn)這一點的?

Dave：這始于你已經(jīng)熟悉的分立解決方案。我們都認(rèn)為它們可能需要對每個安裝進(jìn)行調(diào)整。把這些調(diào)整想象為“旋鈕”。均衡器中的每個旋鈕都需要一個控制環(huán)路來設(shè)置它，以及一個感測電路來測量它。所以，重要的是使之從控制角度來看是簡單的。

Tamara博士：我想最簡單的應(yīng)當(dāng)只有一個旋鈕：長度旋鈕。你只需要進(jìn)行調(diào)大或調(diào)小來調(diào)整電纜長度。我懷疑該電纜像大多數(shù)電纜一樣，也會表現(xiàn)得像是一個低通濾波器。因此，傳感器應(yīng)當(dāng)感測高頻內(nèi)容并進(jìn)行均衡調(diào)整，直到高頻與低頻內(nèi)容匹配。這樣，電路就對電纜損耗進(jìn)行了糾正。

Dave：這就相當(dāng)接近了。我們提出的是基于長度的均衡器。每一級都代表均衡既定長度所需的升壓。我們假定這個既定長度是1000英尺。

Tamara博士：為什么是1000?為什么不是2000?

Dave：又一個有趣的問題!它取決于你要設(shè)計的均衡電路?？紤]你的均衡器級的頻率響應(yīng)。信號的帶寬決定了你的均衡器級所需的帶寬?？色@得的增益將幫助你計算補(bǔ)償多少長度。我們面對的是5MHz視頻，所以假定每級的補(bǔ)償長度為1000英尺左右是合理的。

Tamara博士：所以當(dāng)長度超過1000英尺時，你只需添加更多的級。

Dave：沒錯。

Tamara博士：這就么簡單?

Dave：不完全是。還有其他幾個問題需要控制，如直流失調(diào)電壓，還有驅(qū)動信號偏差、負(fù)載的偏差或各種被動元件偏差等等。

Tamara博士：你是否分開測試每個模塊?

Dave：是的，這就是為什么有一個功能模型如此重要的原因所在。它使仿真時間縮短到合理的水平。

Tamara博士：我想回過頭來探索一下你的樣品也是很有幫助的。

Dave：如果我們沒有在開始硅片設(shè)計前構(gòu)建樣品和整理出許多問題，那么我們永遠(yuǎn)不會得到有效的產(chǎn)品。我想強(qiáng)調(diào)構(gòu)建工作樣品是多么重要。

Tamara博士：所以，你進(jìn)行了所有那些系統(tǒng)工作，并創(chuàng)建了該架構(gòu)的分立、PCB級版本。下次我們需要探討的是使該設(shè)計成為真正的硅片。