芯片毀于噪聲（一）為何噪聲問題越來越嚴重？

過去，噪聲不過是主要影響模擬電路的麻煩。如今，噪聲分析不到位可以讓整顆芯片完蛋。

噪聲類型分析正在成為開發(fā)人員必須考慮的首要問題，與此同時，無論從幅度上還是從時間軸來看， 噪聲余量都變得越來越小。但產(chǎn)業(yè)界素來因循守舊，不遭受重大損失，沒有人愿意改弦易轍。目前看，不少公司已經(jīng)在噪聲上栽過跟頭，因此它們比以往更重視噪聲分析。

雖然“噪聲已經(jīng)成為半導體技術最重要的問題之一”，但現(xiàn)在并沒有新型噪聲出現(xiàn)，“噪聲影響模擬電路，噪聲也影響數(shù)字電路。”Mentor Graphics 模擬與混合信號驗證產(chǎn)品市場總監(jiān) Mick Tegethoff 說道。

雖然也許沒有新型噪聲出現(xiàn)，但噪聲問題變得越來越嚴重了。“這可以從兩方面來解釋，”Cadence IP 設計部專家 Eric Naviasky 說道，“首先，與過去相比，現(xiàn)在單位面積開關電流的密度更高，這主要是由于工藝尺寸的縮減，但是去耦電容的密度并未跟隨電流密度一起提升。其次，電流切換速度更快，即 di/dt 時間更短，di/dt 越短，芯片內部的感性部分對電路的影響就越來越大。像過去，開發(fā)人員從不需要考慮 pH 級電感的效應，但現(xiàn)在就需要考慮起來。”

噪聲容限越來越低。“我們認為，工藝尺寸越小，這個問題會越大，”Tegethoff 說，“供電電壓越來越低，數(shù)據(jù)速率卻不斷增長，低功耗又是必要指標。”

要處理噪聲，首先要找到噪聲源。“噪聲主要分為兩類，一類是與器件物理性質或制造工藝直接相關的噪聲，一類是外部噪聲。”Synopsys 混合信號產(chǎn)品市場經(jīng)理 Brain Chen 說道，“前一類噪聲包括器件級熱噪聲、散粒噪聲（shot noise）、感應柵噪聲（induced gate noise）、閃爍噪聲（flicker noise）與隨機電報噪聲（random telegraph noise），后一類包括襯底噪聲與同步開關噪聲。

開發(fā)人員對器件噪聲等越來越熟悉。“ 工藝進入納米級以后，噪聲源頭從過去的第二或第三級效應變成了一級效應，特別是晶體管中的熱噪聲和閃爍噪聲。”Tegethoff 解釋。

工藝尺寸縮小使得閃爍噪聲影響越來越嚴重。“閃爍噪聲在不同器件之間有很大的差異，”Chen 說道，“閃爍噪聲不但對低頻模擬電路的性能有很大影響，也可能對高頻模擬電路產(chǎn)生重大影響，例如上變頻用的振蕩器相位噪聲就會受到閃爍噪聲影響。”

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