從頭到尾構建混合信號高集成度系統(SOC)的步驟(4)：系統設計

Dave Ritter：終于有了機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，然后來進行我們的設計討論。

Dave：沒問題，我們說到什么地方了？

Tamara博士：準備讓你好好談一談設計。我們從系統設計開始，它是設計的最高層面。

Dave：這是在我們用作例子的MegaQ視頻均衡器的討論起點，也是大多數系統設計的起點。要想有效地進行設計，我們需要系統及其所在環境的一個模型。要設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。

Tamara博士：現在是21世紀，肯定有一些現成的好模型可供使用。

Dave：對‘普通’應用是這樣，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建模型的簡化措施。務必注意模型是否是為高功率應用而建立的，或者可能只是為了包括數字傳輸。

Tamara博士：我想簡化是有意義的。當然，每個設計者都喜歡對每種情況而抽象出來的完整3D模型，但隨后電路和系統可能要花很長時間運行在不適合它們使用的那種情況之下。

Dave：是的，沒錯！優秀的工程師會簡化他們的模型來提高效率。其他優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。設計人員想使用模型，特別是對像這樣的復雜系統。我們想要適合我們的系統以及與系統相聯系的每個輸入和輸出的模型。我們進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目標。如果模型不適合，那么我們就要重新設計或改進它，直到它匹配我們設計目標中規定的系統規格所要求的精度為止。Dave：做得好，我的Padawan。

Tamara博士：Spice中的模型對大多數設計足夠好嗎？

Dave：有許多等級的模型可用于Spice仿真器。每個設計人員都必須細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行合作來改變工藝，以便增強或改變那些特征。當然，那種改變的代價非常之高，且要花很長時間來創建和驗證其可靠性。

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，但一旦電路規劃或者“布置”完成，可以進行制造，我們就會進行抽象工作，來計算拓撲結構甚至我們所選擇的連接的效應。

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

Dave：我們的應用人員一直在為多家客戶設計分立解決方案，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：我想大多數均衡器都是電極和零點的集合，你只要對電極和零位進行調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行調諧才能獲得最佳系統性能。營銷人員希望該調諧能夠自動化，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：大多數均衡系統都使用圖2所示的框圖。其中有位于信號進入電纜之前的預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，但請想一想大多數安保系統。攝像頭可能環布于建筑物或物業周圍，所在位置非常不方便接近，所以安裝預均衡電路可能復雜且花錢。Tamara博士：但MegaQ只安裝在接收器，是不是？其看起來像是圖3。大多數安保系統都有一個中央計算機系統或監控中心，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換了導線，它甚至會轉換輸入連接。另外不要忘記，它將在5，000英尺長的電纜上提供補償，在這一點上遠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。我們現在回到設計內部。我想MegaQ均衡器最酷的部分是它是全自動的。你是如何實現這一點的？Dave：這始于你已經熟悉的分立解決方案。我們都認為它們可能需要對每個安裝進行調整。把這些調整想象為“旋鈕”。均衡器中的每個旋鈕都需要一個控制環路來設置它，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：我想最簡單的應當只有一個旋鈕：長度旋鈕。你只需要進行調大或調小來調整電纜長度。我懷疑該電纜像大多數電纜一樣，也會表現得像是一個低通濾波器。因此，傳感器應當感測高頻內容并進行均衡調整，直到高頻與低頻內容匹配。這樣，電路就對電纜損耗進行了糾正。Dave：這就相當接近了。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！它取決于你要設計的均衡電路。考慮你的均衡器級的頻率響應。信號的帶寬決定了你的均衡器級所需的帶寬。可獲得的增益將幫助你計算補償多少長度。我們面對的是5MHz視頻，所以假定每級的補償長度為1000英尺左右是合理的。

Tamara博士：所以當長度超過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，如直流失調電壓，還有驅動信號偏差、負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計前構建樣品和整理出許多問題，那么我們永遠不會得到有效的產品。我想強調構建工作樣品是多么重要。

Tamara博士：所以，你進行了所有那些系統工作，并創建了該架構的分立、PCB級版本。下次我們需要探討的是使該設計成為真正的硅片。