芯片毁于噪声（一）为何噪声问题越来越严重？

过去，噪声不过是主要影响模拟电路的麻烦。如今，噪声分析不到位可以让整颗芯片完蛋。

噪声类型分析正在成为开发人员必须考虑的首要问题，与此同时，无论从幅度上还是从时间轴来看， 噪声余量都变得越来越小。但产业界素来因循守旧，不遭受重大损失，没有人愿意改弦易辙。目前看，不少公司已经在噪声上栽过跟头，因此它们比以往更重视噪声分析。

虽然“噪声已经成为半导体技术最重要的问题之一”，但现在并没有新型噪声出现，“噪声影响模拟电路，噪声也影响数字电路。”Mentor Graphics 模拟与混合信号验证产品市场总监 Mick Tegethoff 说道。

虽然也许没有新型噪声出现，但噪声问题变得越来越严重了。“这可以从两方面来解释，”Cadence IP 设计部专家 Eric Naviasky 说道，“首先，与过去相比，现在单位面积开关电流的密度更高，这主要是由于工艺尺寸的缩减，但是去耦电容的密度并未跟随电流密度一起提升。其次，电流切换速度更快，即 di/dt 时间更短，di/dt 越短，芯片内部的感性部分对电路的影响就越来越大。像过去，开发人员从不需要考虑 pH 级电感的效应，但现在就需要考虑起来。”

噪声容限越来越低。“我们认为，工艺尺寸越小，这个问题会越大，”Tegethoff 说，“供电电压越来越低，数据速率却不断增长，低功耗又是必要指标。”

要处理噪声，首先要找到噪声源。“噪声主要分为两类，一类是与器件物理性质或制造工艺直接相关的噪声，一类是外部噪声。”Synopsys 混合信号产品市场经理 Brain Chen 说道，“前一类噪声包括器件级热噪声、散粒噪声（shot noise）、感应栅噪声（induced gate noise）、闪烁噪声（flicker noise）与随机电报噪声（random telegraph noise），后一类包括衬底噪声与同步开关噪声。

开发人员对器件噪声等越来越熟悉。“ 工艺进入纳米级以后，噪声源头从过去的第二或第三级效应变成了一级效应，特别是晶体管中的热噪声和闪烁噪声。”Tegethoff 解释。

工艺尺寸缩小使得闪烁噪声影响越来越严重。“闪烁噪声在不同器件之间有很大的差异，”Chen 说道，“闪烁噪声不但对低频模拟电路的性能有很大影响，也可能对高频模拟电路产生重大影响，例如上变频用的振荡器相位噪声就会受到闪烁噪声影响。”

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