从头到尾构建混合信号高集成度系统(SOC)的步骤(4):系统设计

Dave Ritter：终于有了机会让你请吃泰国菜了，Schmitz博士。你知道，我最爱吃那个Punang Curry。

Tamara Schmitz：是，Chicken Satay的味道也非常不错!我希望给你加加油，然后来进行我们的设计讨论。

Dave：没问题，我们说到什么地方了?

Tamara博士：准备让你好好谈一谈设计。我们从系统设计开始，它是设计的最高层面。

Dave：这是在我们用作例子的MegaQ视频均衡器的讨论起点，也是大多数系统设计的起点。要想有效地进行设计，我们需要系统及其所在环境的一个模型。要设计的器件是视频均衡器，所以性能始终与基本电缆特征有关。

Tamara博士：现在是21世纪，肯定有一些现成的好模型可供使用。

Dave：对‘普通’应用是这样，但并不总是这样。此外，如果你想做得比以前出色一些，你就需要以新的方式来看待事情。

Tamara博士：什么类型的新方式。

Dave：许多人盲目地接受模型而不研究用于创建模型的简化措施。务必注意模型是否是为高功率应用而建立的，或者可能只是为了包括数字传输。

Tamara博士：我想简化是有意义的。当然，每个设计者都喜欢对每种情况而抽象出来的完整3D模型，但随后电路和系统可能要花很长时间运行在不适合它们使用的那种情况之下。Dave：是的，没错!优秀的工程师会简化他们的模型来提高效率。其他优秀的工程师在使用来自这些模型的信息时需要考虑那些简化措施。

Tamara博士：让我确信我把这个讲对了。设计人员想使用模型，特别是对像这样的复杂系统。我们想要适合我们的系统以及与系统相联系的每个输入和输出的模型。我们进行了研究来弄清楚以前做了什么事情，并评估其是否适合我们的系统目标。如果模型不适合，那么我们就要重新设计或改进它，直到它匹配我们设计目标中规定的系统规格所要求的精度为止。

Dave：做得好，我的Padawan。

Tamara博士：Spice中的模型对大多数设计足够好吗?

Dave：有许多等级的模型可用于Spice仿真器。每个设计人员都必须细致地了解其所使用的晶体管模型的各个方面。有时我们还与代工厂进行合作来改变工艺，以便增强或改变那些特征。当然，那种改变的代价非常之高，且要花很长时间来创建和验证其可靠性。

Tamara博士：所以，一旦你有好的模型，你就会使用它们一下?

Dave：毫无疑问。但你依然不能盲目地相信模型。我们还没有讨论布局，但一旦电路规划或者“布置”完成，可以进行制造，我们就会进行抽象工作，来计算拓扑结构甚至我们所选择的连接的效应。

Tamara博士：好的，我们将讨论这个问题。让我们回到对系统设计的理解。你是如何得到实际均衡器电路的?

Dave：我们的应用人员一直在为多家客户设计分立解决方案，所以我有一整套工作要做。图1是一个例子。其中每个解决方案都使用级联起来的简单RC升压电路来在几千英尺传输距离上提供充分的均衡。我所需要的是针对这些电路的简单控制的组织原理。

Tamara博士：我想大多数均衡器都是电极和零点的集合，你只要对电极和零位进行调谐就能获得合理的均衡曲线。

Dave：对的。这就是我们的手动均衡器。这也是使视频均衡需要技巧的部分原因所在。安装人员必须对均衡电路进行调谐才能获得最佳系统性能。营销人员希望该调谐能够自动化，所以我需要一种带几个旋钮的方案。

Tamara博士：该项目的其他团队成员告诉我说，ISL59605的特别之处在于其安装非常简单。原因何在?

Dave：大多数均衡系统都使用图2所示的框图。其中有位于信号进入电缆之前的预均衡电路或升压电路以及安装于接收器的后均衡电路。这听上去可能简单，但请想一想大多数安保系统。摄像头可能环布于建筑物或物业周围，所在位置非常不方便接近，所以安装预均衡电路可能复杂且花钱。

Tamara博士：但MegaQ只安装在接收器，是不是?其看起来像是图3。大多数安保系统都有一个中央计算机系统或监控中心，所有信号都汇集到这里。如果所有均衡器电路都在这里，那就非常方便了。

Dave：你说对了。它确实只安装在接收端，而且是全自动的。如果安装人员无意调换了导线，它甚至会转换输入连接。另外不要忘记，它将在5,000英尺长的电缆上提供补偿，在这一点上远超竞争对手提供的任何芯片。

Tamara博士：我总是对那些不仅思想超前而令客户的工作更加容易，并且适合新的和令人激动的应用——比如使电缆长度延长到近一英里的功能印象深刻。我们现在回到设计内部。我想MegaQ均衡器最酷的部分是它是全自动的。你是如何实现这一点的?

Dave：这始于你已经熟悉的分立解决方案。我们都认为它们可能需要对每个安装进行调整。把这些调整想象为“旋钮”。均衡器中的每个旋钮都需要一个控制环路来设置它，以及一个感测电路来测量它。所以，重要的是使之从控制角度来看是简单的。

Tamara博士：我想最简单的应当只有一个旋钮：长度旋钮。你只需要进行调大或调小来调整电缆长度。我怀疑该电缆像大多数电缆一样，也会表现得像是一个低通滤波器。因此，传感器应当感测高频内容并进行均衡调整，直到高频与低频内容匹配。这样，电路就对电缆损耗进行了纠正。

Dave：这就相当接近了。我们提出的是基于长度的均衡器。每一级都代表均衡既定长度所需的升压。我们假定这个既定长度是1000英尺。

Tamara博士：为什么是1000?为什么不是2000?

Dave：又一个有趣的问题!它取决于你要设计的均衡电路。考虑你的均衡器级的频率响应。信号的带宽决定了你的均衡器级所需的带宽。可获得的增益将帮助你计算补偿多少长度。我们面对的是5MHz视频，所以假定每级的补偿长度为1000英尺左右是合理的。

Tamara博士：所以当长度超过1000英尺时，你只需添加更多的级。

Dave：没错。

Tamara博士：这就么简单?

Dave：不完全是。还有其他几个问题需要控制，如直流失调电压，还有驱动信号偏差、负载的偏差或各种被动元件偏差等等。

Tamara博士：你是否分开测试每个模块?

Dave：是的，这就是为什么有一个功能模型如此重要的原因所在。它使仿真时间缩短到合理的水平。

Tamara博士：我想回过头来探索一下你的样品也是很有帮助的。

Dave：如果我们没有在开始硅片设计前构建样品和整理出许多问题，那么我们永远不会得到有效的产品。我想强调构建工作样品是多么重要。

Tamara博士：所以，你进行了所有那些系统工作，并创建了该架构的分立、PCB级版本。下次我们需要探讨的是使该设计成为真正的硅片。