當(dāng)電壓大大降低時(shí)，噪聲在較舊的節(jié)點(diǎn)上就成為一個(gè)嚴(yán)重的問題，這對(duì)于電池供電的設(shè)備來說是一個(gè)嚴(yán)重的問題。

電池供電的邊緣設(shè)備需要節(jié)省每千微微焦耳的能量，這通常意味著在非常低的電壓下運(yùn)行，這通常會(huì)產(chǎn)生在最新技術(shù)節(jié)點(diǎn)上常見的信號(hào)和電源完整性問題。但是，由于這些設(shè)備往往是體積較小，成本較低的設(shè)備，因此開發(fā)人員通常無法負(fù)擔(dān)對(duì)這些設(shè)備進(jìn)行相同級(jí)別的分析。

噪聲可以多種形式出現(xiàn)，有些是靜態(tài)的，有些是動(dòng)態(tài)的。

靜態(tài)噪聲可能是由于過程變化等原因引起的?！白兓且粋€(gè)大問題，” Movellus總裁兼首席執(zhí)行官M(fèi)o Faisal說?！叭绻男酒诮咏撝颠\(yùn)行，則從慢速轉(zhuǎn)角到快速的變化不再是2或3倍。最多可能達(dá)到20次。”

動(dòng)態(tài)噪聲來自熱散粒噪聲，干擾，不完善的電源以及許多其他來源。“低電壓設(shè)計(jì)并不一定更容易受到影響。Cadence多物理系統(tǒng)分析產(chǎn)品管理小組主管Brad Griffin表示：“它們?nèi)菀资艿皆肼暤挠绊懀芸赡軐?dǎo)致產(chǎn)品失效。” “如果電壓擺幅為5伏，您就有很大的噪聲余量。但是，如果電壓擺幅為0.8伏，您將沒有那么多的裕量?！?/p>

模擬電路比數(shù)字電路更容易受到噪聲的影響?！皩?duì)我們來說，最大的挑戰(zhàn)是圍繞模擬技術(shù)，尤其是與無線接口相關(guān)的模擬技術(shù)，” Imagination Technologies產(chǎn)品管理高級(jí)總監(jiān)Richard Edgar說。“顯然，我們?cè)诠β市孤┓矫婷媾R挑戰(zhàn)，此外，電路中的的電感器非常容易對(duì)設(shè)計(jì)的其他部分造成干擾。與數(shù)字技術(shù)相比，我們最終沒有看到模擬技術(shù)的大幅減少。在40nm左右，我們?cè)谀M電路上可以實(shí)現(xiàn)的縮小受到了模擬電路周圍的干擾受到了限制?！?/p>

這些設(shè)備盡管仍遠(yuǎn)遠(yuǎn)落后于手機(jī)或高性能應(yīng)用程序中的設(shè)備，但仍在積極地推向更小的節(jié)點(diǎn)。Movellus的Faisal說：“在較新的節(jié)點(diǎn)中，有些事情要糟糕得多。” “其中之一是閃爍噪聲，這對(duì)模擬設(shè)計(jì)師而言非常重要，尤其是在設(shè)計(jì)放大器或高靈敏度電路時(shí)。閃爍噪聲帶寬與幾何形狀成反比增長。過去，您只需要擔(dān)心較舊節(jié)點(diǎn)上的幾兆赫茲以上的頻率，而如今，您必須擔(dān)心20MHz的頻率。噪聲帶寬越大，積累的噪聲能量就越大，因此設(shè)計(jì)就越差。如果要在高級(jí)節(jié)點(diǎn)中執(zhí)行高性能RF，必須發(fā)明新技術(shù)來應(yīng)對(duì)這些挑戰(zhàn)?！?/p>

較小節(jié)點(diǎn)的另一個(gè)問題是漏電流?！八_始占主導(dǎo)地位，” Imagination的埃德加（Edgar）說?！爱?dāng)您應(yīng)該關(guān)閉所有設(shè)備時(shí)，仍然會(huì)有泄漏電流。即使您將電壓降低，泄漏電流仍然存在。我們的觀點(diǎn)當(dāng)然是針對(duì)低功耗的物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用，人們希望越來越多地關(guān)閉整個(gè)系統(tǒng)。實(shí)際上，您可能永遠(yuǎn)只保留的一點(diǎn)是PMU在SoC內(nèi)部運(yùn)行，因此可以使其余芯片工作起來?！?/p>

甚至數(shù)字接口也包含大量的模擬內(nèi)容。Cadence的格里芬說：“任何電源紋波都會(huì)產(chǎn)生負(fù)面影響?！?“我們一直在通過存儲(chǔ)器接口看到這種情況，尤其是在低功耗版本的DDR上。這些電壓擺幅變得非常小，這就是信號(hào)完整性工具在能夠模擬和預(yù)測(cè)電源，地線和信號(hào)之間的整體交互作用中發(fā)揮關(guān)鍵作用的地方。您不會(huì)在大學(xué)里解決自己遇到的那種問題，在大學(xué)里，您擁有完美或理想的力量和基礎(chǔ)。您正在與現(xiàn)實(shí)世界打交道，在現(xiàn)實(shí)世界中，信號(hào)返回路徑將不是完美的折返，挑戰(zhàn)很多?！?/p>

自適應(yīng)系統(tǒng)

格里芬說，“這些挑戰(zhàn)通常導(dǎo)致對(duì)問題的思考方式不同?！斑@意味著您將在0.4伏左右的電壓下從0變到1，并且如果有任何一種會(huì)在電源或地面上產(chǎn)生一點(diǎn)點(diǎn)噪聲的信號(hào)，則實(shí)際上由于該噪聲會(huì)切換信號(hào)。那是不想要的切換，這意味著您的數(shù)據(jù)完整性不再可靠，您有誤碼率。在最新的DDR接口和低功耗DDR接口中，您必須通過誤碼率測(cè)試對(duì)它們進(jìn)行鑒定。為此，我們必須模擬從點(diǎn)A到點(diǎn)B傳輸?shù)臄?shù)以百萬計(jì)的比特，并確保比特錯(cuò)誤的數(shù)量足夠小以通過測(cè)試。”

這會(huì)使事情變得非常復(fù)雜，我們需要進(jìn)行大量工作來均衡信號(hào)，因此，當(dāng)我們實(shí)際對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行反序列化時(shí)，我們將能夠獲得正確的1和0電平。” “但是實(shí)際發(fā)生的事情無法衡量。許多公司所做的就是在芯片中內(nèi)置一個(gè)測(cè)量設(shè)備。該測(cè)量設(shè)備可以發(fā)送信息，因此您實(shí)際上可以看到正在發(fā)生的事情。利用這樣的信息，控制器就可以做出誤碼率正在增加的判斷，也許是因?yàn)槲也荒艹浞值鼐庑盘?hào)，所以我要把它限制到較低的數(shù)據(jù)速率。即使可能無法保持接口的完整性，也可能無法保持接口的完整性?！?/p>

類似的事情發(fā)生在模擬接口上?！澳悴灰欢ㄒ匀β蕚鬏?，”埃德加說。“您可以降到10 dBm，而不是以15 dBm的速度傳輸。這將節(jié)省電力，并有助于管理事情，但PA通常在比數(shù)字更高的電壓下運(yùn)行。PA工作在3或3.3伏，而不像數(shù)字電路，數(shù)字在0.9或0.6時(shí)，節(jié)點(diǎn)較小?！?/p>

面臨的挑戰(zhàn)是設(shè)計(jì)一種設(shè)備，該設(shè)備可以了解其從組件獲得的有關(guān)數(shù)據(jù)完整性或電源完整性的反饋。“我們可以模擬所有這些功能，”格里芬說。“然后，IoT設(shè)備制造商可以通過創(chuàng)建必要的監(jiān)視器，為該設(shè)備創(chuàng)建軟件或固件來解決這些問題，以便監(jiān)視器正常運(yùn)行并進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼{(diào)節(jié)?！?/p>

改變架構(gòu)

許多公司不得不重新考慮整個(gè)架構(gòu)，不僅是針對(duì)IoT設(shè)備本身，還在于其所連接的系統(tǒng)?！叭绻覀儽仨氷P(guān)閉整個(gè)芯片，我們需要能夠?qū)⑵渲匦律想?，并且您必須考慮內(nèi)存，” Edgar說。“其中有多少需要保留，應(yīng)保留在哪里？那實(shí)際上可能不是物聯(lián)網(wǎng)的一部分。它可能在主機(jī)上。我們必須改變對(duì)架構(gòu)的思考方式，以使我們能夠真正降低芯片的功耗并能夠快速啟動(dòng)它?！?/p>

解決這些難題的另一種方法是將更多的模擬內(nèi)容轉(zhuǎn)換為數(shù)字內(nèi)容?！澳M電路往往對(duì)噪聲更敏感，” Faisal說?！叭绻碾娐吩噲D產(chǎn)生準(zhǔn)確的電流，那么隨著縮放比例的增加，噪聲將會(huì)越來越高。如果電路本質(zhì)上是從零切換到一，則可以忍受更多的噪聲，那是數(shù)字的最大優(yōu)勢(shì)之一。通過采用傳統(tǒng)的模擬電路，您必須意識(shí)到非常敏感的偏置電流和電壓，并以數(shù)字方式進(jìn)行處理，現(xiàn)在您可以將其視為數(shù)字解決方案。”

這正是Imagination的發(fā)展方向?！拔覀冋趪L試看看如何從模擬RF轉(zhuǎn)向半數(shù)字RF，” Edgar說。“例如，使用PLL，我們正在嘗試看看如何將其移出模擬域并移入數(shù)字域。通過使用半數(shù)字模擬系統(tǒng)，我們可以開始獲得更好的收縮率。越來越多的數(shù)字PLL可用，這將是一個(gè)很好的開始，因?yàn)镻LL是一個(gè)相當(dāng)大的功耗區(qū)域。例如，如果我們希望將其用于WiFi，則需要一種可以在很寬的頻譜范圍內(nèi)工作的設(shè)備，而我們實(shí)際上還沒有。”

成本問題

大小與成本有關(guān)，而成本是一個(gè)重要因素。西門子業(yè)務(wù)部Mentor產(chǎn)品管理總監(jiān)Joe Davis說：“由于成本是物聯(lián)網(wǎng)和邊緣設(shè)備的最大關(guān)注點(diǎn)，因此整個(gè)產(chǎn)品需要高度優(yōu)化?！薄霸谠O(shè)計(jì)中，有許多方法可以處理諸如環(huán)境影響（熱，電磁，振動(dòng)等）之類的問題，但是這些技術(shù)需要占用面積或設(shè)計(jì)時(shí)間，這會(huì)影響零件成本。因此，物聯(lián)網(wǎng)設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)確實(shí)需要能夠同時(shí)優(yōu)化模擬和數(shù)字功能，功率傳輸和可靠性，以獲得最佳的總體系統(tǒng)成本，功能和可靠性。具有跨越模擬和數(shù)字空間的設(shè)計(jì)工具，以及可靠的物理模型和制造過程驗(yàn)證，將至關(guān)重要。”

物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備的設(shè)計(jì)工具有多適合？“當(dāng)我們處理某些高端設(shè)備（例如手機(jī)）時(shí)，我們希望這些公司可以使用包含數(shù)百個(gè)（甚至數(shù)千個(gè)）可用內(nèi)核進(jìn)行仿真的計(jì)算機(jī)群進(jìn)行仿真，”格里芬說?！霸S多物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備來自較小的公司，它們可能不具備相同水平的計(jì)算技術(shù)。我們擁有整個(gè)多物理場(chǎng)分析工具，在大多數(shù)情況下，它們可能更適合高級(jí)公司。但是最后，技術(shù)，算法都是相同的。對(duì)于沒有預(yù)算可以運(yùn)行1，000核仿真的公司，我們可以提供足夠好的性能?！?/p>

結(jié)束語

雖然許多IoT設(shè)備仍保留在較舊的節(jié)點(diǎn)上，通常對(duì)信號(hào)和電源完整性或變化的擔(dān)憂要少得多，但它們?cè)谌绱说偷碾妷合逻\(yùn)行這一事實(shí)意味著，這是必須解決的非常實(shí)際的問題。在某些情況下，問題要比高端設(shè)備更嚴(yán)重，高端設(shè)備可以在更多數(shù)量的設(shè)備上分?jǐn)傇O(shè)計(jì)成本。設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)通過尋找解決問題的新架構(gòu)和新方法來進(jìn)行調(diào)整。
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