اقتران الركيزة

في الدوائر المتكاملة ، يمكن للإشارة أن تنتقل من عقدة إلى أخرى عبر الركيزة. وتُعرف هذه الظاهرة باسم اقتران الركيزة أو اقتران ضوضاء الركيزة .

ساهم السعي لخفض التكاليف، وتصميم لوحات دوائر إلكترونية أكثر إحكامًا، وإضافة ميزات تلبي احتياجات العملاء، في تحفيز دمج الوظائف التناظرية في الدوائر المتكاملة الرقمية (ICs) المصنوعة أساسًا من أشباه الموصلات المعدنية (MOS)، لتشكيل دوائر متكاملة للإشارات المختلطة . في هذه الأنظمة، تتزايد سرعة الدوائر الرقمية باستمرار، وتزداد كثافة الرقائق، وتُضاف طبقات توصيل، وتتحسن دقة الإشارات التناظرية. بالإضافة إلى ذلك، أدى التوسع الأخير في تطبيقات الاتصالات اللاسلكية ونمو سوقها إلى ظهور مجموعة جديدة من أهداف التصميم الطموحة لتحقيق أنظمة الإشارات المختلطة. في هذا السياق، يدمج المصمم دوائر الترددات الراديوية التناظرية ودوائر النطاق الأساسي الرقمية على شريحة واحدة. والهدف هو تصنيع دوائر متكاملة للترددات الراديوية (RFICs) على شريحة واحدة من السيليكون، حيث تُصنع جميع الوحدات على نفس الشريحة. ومن مزايا هذا التكامل انخفاض استهلاك الطاقة، مما يُسهل نقل الجهاز، وذلك بفضل تقليل عدد دبابيس التوصيل وسعة أسلاك التوصيل المرتبطة بها. من الأسباب الأخرى التي تجعل الحلول المتكاملة توفر استهلاكًا أقل للطاقة هو أن توجيه إشارات الترددات العالية خارج الشريحة غالبًا ما يتطلب مطابقة مقاومة 50 أوم ، مما قد يؤدي إلى تبديد طاقة أكبر. تشمل المزايا الأخرى تحسين أداء الترددات العالية بفضل تقليل العناصر الطفيلية في وصلات التغليف، وزيادة موثوقية النظام، وتقليل عدد مكونات التغليف، وزيادة تكامل مكونات الترددات الراديوية مع الدوائر الرقمية المتوافقة مع تقنية VLSI. في الواقع، أصبح جهاز الإرسال والاستقبال أحادي الشريحة حقيقة واقعة.

The design of such systems, however, is a complicated task. There are two main challenges in realizing mixed-signal ICs. The first challenging task, specific to RFICs, is to fabricate good on-chip passive elements such as high-Q inductors. The second challenging task, applicable to any mixed-signal IC and the subject of this chapter, is to minimize noise coupling between various parts of the system to avoid any malfunctioning of the system. In other words, for successful system-on-chip integration of mixed-signal systems, the noise coupling caused by nonideal isolation must be minimized so that sensitive analog circuits and noisy digital circuits can effectively coexist, and the system operates correctly. To elaborate, note that in mixed-signal circuits, both sensitive analog circuits and high-swing high-frequency noise injector digital circuits may be present on the same chip, leading to undesired signal coupling between these two types of circuit via the conductive substrate. The reduced distance between these circuits, which is the result of constant technology scaling (see Moore's law and the International Technology Roadmap for Semiconductors), exacerbates the coupling. The problem is severe, since signals of different nature and strength interfere, thus affecting the overall performance, which demands higher clock rates and greater analog precisions.

The primary mixed-signal noise coupling problem comes from fast-changing digital signals coupling to sensitive analog nodes. Another significant cause of undesired signal coupling is the crosstalk between analog nodes themselves owing to high-frequency/high-power analog signals. One of the media through which mixed-signal noise coupling occurs is the substrate. Digital operations cause fluctuations in the underlying substrate voltage, which spreads through the common substrate causing variations in the substrate potential of sensitive devices in the analog section. Similarly, in the case of crosstalk between analog nodes, a signal can couple from one node to another via the substrate. This phenomenon is referred to as substrate coupling or substrate noise coupling.

There is a sizeable literature on substrate, and mixed signal coupling. Some of the most common topics are:

• Differentiating between the random noise inherent to electronic devices and the deterministic noise generated by circuits.
• Examining the physical phenomena responsible for the creation of undesired signals in a digital circuit and the mechanisms of their transport to other parts of the system. The substrate is the most common coupling mechanism, but capacitive coupling, mutual inductance, and coupling through power supplies are also analyzed.
• مقارنة بين مختلف مناهج النمذجة وتقنيات المحاكاة. توجد نماذج عديدة محتملة لتوليد الضوضاء الرقمية، وشبكة مقاومة الركيزة، وحساسية جهاز الاستقبال (غير المقصود). تؤثر التقنيات المختارة بشكل كبير على سرعة ودقة التحليل.
• يمكن تطبيق تقنيات تحليل الركيزة والإشارة المختلطة على توليف التوزيع المكاني وتوزيع الطاقة.

• دليل أتمتة التصميم الإلكتروني للدوائر المتكاملة ، من تأليف لافاجنو ومارتن وشيفر، رقم ISBN 0-8493-3096-3دراسة استقصائية لمجال أتمتة التصميم الإلكتروني . استُقيت هذه المقالة، بإذن، من الفصل 23 من الكتاب الثاني، بعنوان " اقتران الضوضاء والإشارات المختلطة في تصميم الأنظمة على رقاقة: النمذجة والتحليل والتحقق" ، من تأليف نيشات فيرجيز وماكوتو ناجاتا.

• كتاب تقني: " اقتران الضوضاء في الدوائر المتكاملة: منهج عملي للتحليل والنمذجة والكبح "، بقلم الدكتور كوزمين يورغا، 286 صفحة، غلاف مقوى