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SoC内ADC子系统集成验证挑战
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2017-12-01
likecapf
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现实世界的本质就是模拟。我们需要从周围世界采集的任何信息始终是一个模拟值。但要在微处理器内处理模拟数据需要先将这些数据转换为数字形式。因此，SoC中使用多种不同的ADC（模数转换器）。根据几个参数（即吞吐量、噪声抗扰度及设计复杂性）选择相应类型的ADC。
SoC设计人员不需要了解集成到SoC中的任何IP的复杂深层设计。因此，如果将ADC视为一个黑盒，即使从SoC设计人员的角度来看，在SoC层面仍有许多因素会决定ADC的性能质量。我们必须格外注意这些因素。
将模拟信号转换成数字数据需要在时间以及幅度上进行离散化。时间离散在采样相位上进行，而幅度离散在量化相位进行。采样通过采样保持电路完成。采样保持电路有一个开关、一个阻抗路径以及一个电容，当开关关闭时在该电容上对电压进行采样。量化简言之是指在一定范围内（由ADC的参考电压控制）将采样值缩放为数字值。采样和量化相位如图1所示。
图1：通用模数转换流程
即使在简单的ADC黑盒示意图中，我们也需要了解其在SoC中的集成知识：
● ADC有多个输入信道，只有一个数字输出。
● 信道之间存在复用，这样，在任何时候ADC都能转换来自于一个信道的数据。
● 采样通过一个时钟进行。
● 任何ADC在其量化相位都使用一个基准。
鉴于以上因素，我们便会明白，即使在同一个、甚至非常简单的ADC外部视图中也会有许多设计难点，同时还有许多常见问题。我们将在以下章节中逐一讨论。图2展示了将ADC集成到SoC的一般情况。
图2：ADC到SoC的一般集成
模拟输入信道
在转换的第一个相位，也就是采样相位，输入信道的模拟输入是最重要的。采样电容是ADC设计的组成部分，但是采样遇到的电阻与SoC集成有较大的关联。需要核实一些常见的整合细节。
模拟输入路径的电阻决定采样所需的时间（如果C相同，采样时间将随着R的增加而增加，采样时间等于电容器的充电时间）。采样相位通过一个开关控制。在ADC IP设计的一个可编程寄存器指定的时段内，该开关保持关闭。
SoC设计人员不需要了解集成到SoC中的任何IP的复杂深层设计。因此，如果将ADC视为一个黑盒，即使从SoC设计人员的角度来看，在SoC层面仍有许多因素会决定ADC的性能质量。我们必须格外注意这些因素。
将模拟信号转换成数字数据需要在时间以及幅度上进行离散化。时间离散在采样相位上进行，而幅度离散在量化相位进行。采样通过采样保持电路完成。采样保持电路有一个开关、一个阻抗路径以及一个电容，当开关关闭时在该电容上对电压进行采样。量化简言之是指在一定范围内（由ADC的参考电压控制）将采样值缩放为数字值。采样和量化相位如图1所示。
图1：通用模数转换流程
即使在简单的ADC黑盒示意图中，我们也需要了解其在SoC中的集成知识：
● ADC有多个输入信道，只有一个数字输出。
● 信道之间存在复用，这样，在任何时候ADC都能转换来自于一个信道的数据。
● 采样通过一个时钟进行。
● 任何ADC在其量化相位都使用一个基准。
鉴于以上因素，我们便会明白，即使在同一个、甚至非常简单的ADC外部视图中也会有许多设计难点，同时还有许多常见问题。我们将在以下章节中逐一讨论。图2展示了将ADC集成到SoC的一般情况。
图2：ADC到SoC的一般集成
模拟输入信道
在转换的第一个相位，也就是采样相位，输入信道的模拟输入是最重要的。采样电容是ADC设计的组成部分，但是采样遇到的电阻与SoC集成有较大的关联。需要核实一些常见的整合细节。
模拟输入路径的电阻决定采样所需的时间（如果C相同，采样时间将随着R的增加而增加，采样时间等于电容器的充电时间）。采样相位通过一个开关控制。在ADC IP设计的一个可编程寄存器指定的时段内，该开关保持关闭。
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