可将数据转换器IP成功集成到系统芯片的12种设计技

技术2：数据转换器靠近模拟I/O焊盘

进入模拟-数字转换器输入的任何噪声或不需要的信号将被转换器视为“真”信号，继而出现在数字输出中。模拟-数字转换器能够区分的最小电压(用最低有效位(LSB)表示)决定数据转换器的准确度，也是模拟-数字转换器最大摆幅(FS)及其分辨率(N)的函数(如以下方程所示)。以0.5V峰-峰最大输入摆幅的12位单端模拟-数字转换器为例，最低有效位范围很小，仅为122.1μV。

LSB = FS/2N

在如此高的准确度要求下，如果转换的数字信号(攻击者)电容耦合(串扰)到模拟-数字转换器输入(受害者)，数字输出信号中耦合的攻击信号的频谱含量可能会超出模拟-数字转换器的噪声本底值，从而影响系统性能(频谱纯度)。

同样，串扰数字-模拟转换器输出对系统性能产生相似的影响，即转换的数字信号电容耦合到数字-模拟转换器输出可以生成超出数字-模拟转换器噪声本底值的频谱含量。

采用差分输入的模拟-数字转换器，或是采用差分输出的数字-模拟转换器，都具有较强的抗共模噪声干扰能力，因为攻击者均衡地耦合到正负差分信号。为充分利用这种高抗噪声干扰能力，使用这些数据转换器应同时采用正确屏蔽和外部信号布线等设计技术。

当数据转换器需要外部基准时也会出现类似的问题。由于基准决定数据转换器的满幅输入摆幅，如果噪声或不需要的信号与基准耦合，就会成为数据转换器输出信号的一部分。

图4a显示了28纳米12位Sigma-DeltaIQ模拟-数字转换器频谱，可以看到转换器输入与基准信号之间有耦合。这会导致第二谐波(h2)能量过大，将总谐波失真(THD)降低近14dB。相反，图4b显示的是相同IQ模拟-数字转换器在耦合消除后的性能，这会使总谐波失真改善，达到-72dBc。

基准对流经非零电阻(电阻压降)基准路径的非零电流造成的压降很敏感。这一效应会在转换中产生系统性的偏移(offset)和增益误差(gain error)。

考虑到这些影响，将数据转换器正确植入系统芯片之后，下一步就是对转换器和I/O之间的模拟信号进行布线，同时采用以下技术：

技术3：保持模拟布线路径简短

保持模拟布线路径尽可能简短，使无关信号不太可能耦合到模拟I/O出或基准中。

技术4：增加屏蔽

为尽可能减少关键模拟信号的噪声耦合或串扰，特别是在串扰无法避免的情况下，设计人员应在攻击者和受害者轨迹之间增加屏蔽。图5介绍了增加有效屏蔽的正确方法：通过中间层(金属N+1)将以金属N布线的模拟信号轨迹A和B与以金属N+2布线的噪声信号C屏蔽开来，完全覆盖重叠区域，并与干净的模拟接地电源连接。通过在临近信号增加金属层走线，可在同层的金属间(分别是金属N与N+2)实现进一步屏蔽隔离。

只有在必须的情况下才增加屏蔽，而且是不沿着所有路径，以避免不必要地增加信号寄生电容。