平面电视设计中的灵巧集成技术介绍与应用

文章摘要：虽然 HDMI接口通常被认为是一种数字接口，但是其设计需要相当多的混合信号电路。实际上，HDMI接口中每个颜色通道中的高速比较器数量要比模拟接口中使用的ADC中的高速比较器多。HDMI标准规定其输入频率高达1.6Gbps，所以要达到适当的性能要求仍然需要大量资金完成混合信号设计。采用当今先进的CMOS制造工艺，有助于把混合信号电路(模拟接口和HDMI数字接口)集成到一颗单片“接口”芯片中。混合信号CMOS制造工艺一般来说是继最新的数字CMOS制造工艺之后出现的新一代制造工艺。只要把高速数字电路放置在缩放器芯片上就可以采用最新的先进CMOS制造工艺。这就清楚地说明了 “灵巧集成”的概念——双芯片

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　　虽然 HDMI接口通常被认为是一种数字接口，但是其设计需要相当多的混合信号电路。实际上，HDMI接口中每个颜色通道中的高速比较器数量要比模拟接口中使用的ADC中的高速比较器多。HDMI标准规定其输入频率高达1.6Gbps，所以要达到适当的性能要求仍然需要大量资金完成混合信号设计。

　　采用当今先进的CMOS制造工艺，有助于把混合信号电路(模拟接口和HDMI数字接口)集成到一颗单片“接口”芯片中。混合信号CMOS制造工艺一般来说是继最新的数字CMOS制造工艺之后出现的新一代制造工艺。只要把高速数字电路放置在缩放器芯片上就可以采用最新的先进CMOS制造工艺。这就清楚地说明了 “灵巧集成”的概念——双芯片解决方案可以提供高性能，它比集成的单芯片解决方案加快了面世时间并且降低了总成本。

3 产品合格测试

　　集成接口和缩放器产品都是真正的混合信号器件，它们需要100%的高速混合信号电性能测试以确保高质量性能。现在用于ADC的混合信号测试解决方案几乎与芯片设计本身一样复杂。

　　数字电路工程师都熟悉数字测试程序的开发，通常利用这种程序把测试向量输入到自动测试图形发生器(ATPG)软件中以生成一个数字测试图形。也可采用联合测试行动小组(JTAG)标准的边界扫描和内部扫描技术以便在数字电路中检测出至少98%的故障率。在测试这些数字电路时经常使用现有的数字逻辑测试议。

　　但是高性能混合信号电路需要“高速”测试以验证其电性能。测试高速模拟电路需要测试开发工程师提供的测试代码和独特的测试硬件以保证ADC的信号抖动、信噪比(SNR)和线性误差的精密测量。高性能混合信号测试平台具有测试同一集成器件中的高性能模拟电路的能力和高速、多引脚数字电路的能力。没有经过高性能混合信号测试平台严格测试的集成接口产品可能在性能上存在服从wafer制造工艺正态分布的大的偏差。

　　不合格的器件会给受生产时间及其资源限制的高级电视制造商带来严重的问题。例如，考虑一种不同批量之间的关键参数存在一致性偏差(不合格率只有10%)的接口产品。如果该接口产品的供应商不能筛选出所有这些不合格产品，那么使用这种产品的电视机制造商就必须对其显示器进行100%的测试，因此增加了其最终产品的成本。谨慎的设计工程师现在都在进一步发现如何测试集成接口产品的问题以确保只获得最高质量的产品。

4 提高到崭新水平

　　灵巧集成是增加高级电视和其它高图像质量显示器产品合格率的关键。由于减少元器件数量可以提高图像质量，降低成本，减小尺寸，所以产品更易于制造。但是上述减少元器件的结果会增加集成电路设计复杂性。除非集成电路设计恰当而且能进行充分的测试，否则提高集成度的想法只能带来失望的结果。因此设计工程师必须寻求超过产品设计指标的元器件，以便保证他们能得到满足新的高级电视要求的可信赖的元器件。

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　　采用混合信号互补型金属氧化物半导体(CMOS)或BiCMOS 晶片制造工艺可以大批量生产这种集成的模拟接口芯片，并且满足平板显示接口应用要求，即高速(大于100 MHz)模数转换器(ADC)具有典型值为0.5 LSB的线性误差[(积分线性误差(INL)和微分线性误差(DNL)]和大于200 MHz的输入带宽。然而标准的数字CMOS 晶片制造工艺无法提供实现高性能模拟信号处理和ADC所需要的混合信号特性。

图2 ADI公司的AD9833A集成模拟接口在单芯片上集成了显示器接口所需的所有传统模拟功能

1.2 增加数字接口

　　显示器接口集成的下一步骤就是在单芯片上集成模拟接口和数字接口。这样易于提供传统兼容性显示器，也为将来的数字化做好准备。大多数新出现的高级电视都支持分量模拟信号输入以便直接连接现有的DVD播放机和机顶盒调谐器。这样就确保用户能够正确使用他们的新电视机。

　　高清晰度多媒体接口(HDMI)是专门为高级电视应用而设计的。HDMI接口可以提供一个数字接口用于高质量视频(在1920×1080 像素时达到1080p分辨率)以及具有CD质量(192kHz)和7.1声道环绕立体声的音频。此外，HDMI接口还支持高带宽数码内容保护协议 (HDCP)，好莱坞片商将需要用此协议保护其新拍的高清晰度DVD电影不被非法复制。包含接收分量模拟信号的模拟接口和HDMI数字接口的高级电视将会因为其显示接口的改进使用户获得长期使用寿命。

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