CN1717881B - 集成电路中的噪声抑制 - Google Patents

Abstract

集成电路中的子电路可以用作诸如电源线和衬底的公共导线上的噪声源。这些导线的每一个均可以用作噪声介质，其能够从噪声源向其他子电路传输噪声信号。一个或者多个反馈电路耦合在介质的相互相对侧上的输入点和输出点之间，其中待受保护的电路连接到该介质，由此反馈电路的输出端耦合到噪声介质，相比于反馈电路的输入端，其与特定的噪声源更加接近。优选地，多个反馈电路交叉耦合，并且具有传输连接，由此不同的反馈电路的输入端和输出端之间的耦合受到至少部分地抑制。

Description

集成电路中的噪声抑制

技术领域

本发明涉及电子集成电路，更具体地，涉及该电路中的干扰噪声的抑制。

背景技术

由美国专利No.6,040,728了解到，借助于注入噪声消除信号，减少了集成电路中的噪声。在集成电路中，许多不同的子电路被组合在相同的衬底上。除了理想信号之外，每个子电路在衬底上生成了不需要的信号，其被称为噪声。衬底用作噪声介质，其允许来自一个子电路的噪声以不需要的方式影响其它的子电路。因此，子电路还用作噪声源。例如，从数字电路到达模拟电路的噪声导致了模拟电路的信噪比的劣化。

美国专利No.6,040,728教授了如何在集成电路的衬底中实现“无噪声”区域，其中敏感的模拟电路存在于衬底(其用作噪声介质)上。为此，在沿该无噪声区域的边界的阵列中提供了多个反馈电路。每个反馈电路在沿该无噪声区域的边界的各自的点处，调节衬底中的电压，由此局部电压等于“无噪声”参考电压。为了调节局部电压，反馈电路感应影响各个点处的信号的噪声，并且反馈与局部电压和参考电压之间的差成反比的电流。

因此，至少在局部减少了噪声信号，并且可以预期，在由各个点围绕的区域中，同样减小了噪声。该技术需要大量的反馈电路。即使这样，当注入的反噪声的影响的空间变化(其是离开注入点的位置的函数)与噪声的影响的空间变化不同时，仅部分地减小了该区域内部的噪声。特别是针对在该区域内部产生噪声的情况。

发明内容

本发明的目的在于，当有待抑制的噪声具有空间变化强度时，特别地，当噪声源位于其中噪声应被抑制的区域中时，改善噪声抑制。

本发明的进一步的目的在于，使用多个非局部反馈电路减小噪声，同时减小趋向于局部反馈影响的趋势。

通过使用非局部反馈，可以较好地抑制来自噪声源的空间变化噪声，即抑制这样的噪声，其中噪声源和反馈的注入点耦合到子电路的针对噪声进行保护的第一侧上，并且反馈的输入端连接到子电路的第二侧上的噪声介质，该第二侧与第一侧相反。例如，可以应用该非局部反馈，通过使用具有在相互远离的位置处耦合到电源线的输入端和注入点的反馈电路，由此至少某些受保护的子电路连接到输入端和注入点之间的电源线，抑制在如集成电路中的电源线的噪声介质上的电源反弹传播或者跨越集成电路衬底之中的数字-模拟边界的衬底噪声传播的影响。这样，输入端位于相对远离注入点和噪声源的介质区域中。在该区域中，注入点和噪声源的影响的空间变化并非强烈地依赖于位置，或者这两种影响甚至可以一致地依赖于位置。因此，噪声源的消除以及注入在大的范围中发生。消除不是强烈局部化的，如在局部反馈的情况中，原因在于，由于输入端位于注入点附近，而噪声源并非如此，因此通过局部反馈，注入的影响和围绕输入端的噪声源的影响以不同的方式依赖于位置。

非局部反馈的使用可能具有缺点，其在于，例如，如从反馈电路的输入端观察到的，当噪声源与注入点相反时，对于来自远离其中噪声被抑制的区域的区域中的噪声源的噪声，存在有害的影响。为了在不止一个方向上抑制来自源的噪声，理想的是，使用不同的反馈电路，在不止一个位置注入不同的反噪声。然而，在通过非局部反馈组合多个反馈电路时，可能出现这种情况，即一个反馈电路感应到噪声的点接近于另一反馈环路注入噪声的点，反之亦然。这样，创建了包括两个反馈环路的整体反馈环路。该整体反馈环路通过注入与输入接近的反噪声，在输入端处局部地抑制了噪声，这样消除了非局部反馈的优点。

在实施例中，集成电路包括耦合到噪声介质的另一噪声源，以及具有耦合到噪声介质的输入端和输出端的另一非局部反馈电路，非局部反馈电路和另一非局部反馈电路的输入端是差分输入端，非局部反馈电路的差分输入端在另一噪声源的相互相对侧上耦合到噪声介质，而另一非局部反馈电路的差分输入端在噪声源的相互相对侧上耦合到噪声介质。已经发现，这样减小了噪声。一种试验性解释是，该空间反馈试图使其两个终点处的反馈信号相等，这样使环路中包括的噪声量值衰减。作为结果，减小了来自这些源的噪声对整体反馈的影响。这至少部分地允许多个具有非局部反馈影响的非局部反馈电路进行操作。

在另一实施例中，通过使用另一非局部反馈电路，其具有耦合到噪声介质的输入端和输出端，抑制了局部反馈的影响，由此，非局部反馈电路的输出端耦合到噪声介质，相比于非局部反馈电路的输入端，其与另一非局部反馈电路的输入端更加接近，非局部反馈电路的输出端和另一非局部反馈电路的输入端被相互配置为，来自非局部反馈电路的输出端的输出信号到由另一非局部反馈电路反馈的信号分量的传输受到至少部分地抑制。因此，在每个区域中，通过在相对远离该区域的位置注入，促使对噪声进行补偿，由此确保了噪声消除遍布于相对大的区域。抑制使输入和输出相互遮蔽。例如，通过提供具有耦合到介质的差分输入端反馈电路，可以实现遮蔽，该反馈电路对来自输入端的信号进行加权，由此来自附近的注入点的输入信号基本上对反馈信号没有贡献。由于可替换的遮蔽可以通过加权耦合的差分输出端实现，因此不影响附近的输入端。

附图说明

现将通过使用下列附图，更加详细地描述根据本发明的集成电路的这些和其他的目的和有利方面。

图1示出了具有噪声补偿的电路。

图2a、b作为沿介质的位置的函数的噪声幅度。

图3示出了具有噪声补偿的电路的实施例。

图4示出了具有噪声补偿的电路的另一实施例。

具体实施方式

图1示出了具有第一电源导线10和第二电源导线11的电路，在导线10和11之间连接了大量的子电路(仅示出了四个子电路12a～c)。提供了反馈电路，其包括反馈倒相放大器15。反馈放大器15具有耦合到第一电源导线10上的输入点14a的输入端和耦合到远离输入点14a的输出点18的输出端。电源导线10、11用作用于传输信号的介质，即沿这些导线的不同的点处的电压由于传输的影响(例如，由于类似RC滤波器的行为或者传播延迟)而相互不同。为了强调传输介质类似于电源导线10、11的特性，示出了象征性的滤波器100(仅标出了一个)。

在操作中，子电路12a～d抽取电源电流，其在电源导线10、11之间流动。该电源电流引起电源导线10、11上的电压波动。通过这些电压波动，子电路12a～c可能相互施加不需要的影响。这些电压波动应被认为是噪声。这样，电源导线10、11用作噪声介质，而子电路12a、b在该方面用作噪声源。反馈放大器15反作用于噪声的影响。反馈放大器15在输入点14a处感应电压波动，并且注入电流，其在输出点18处产生反作用电压波动。这通常需要反馈放大器15具有负的增益因数。

图2a示意性地示出了由第一子电路12a引起的作为沿电源线10的位置X的函数的噪声波动(应当理解，电源导线10事实上可以采用其中具有弯曲的路径，在该情况中，X表示所经过的相关路径的距离)。图2a进一步示出了由反馈放大器15响应由子电路12a引起的噪声波动而引入的反作用噪声波动。(由反馈放大器15引入的实际的反作用噪声波动是对由不同的噪声源，诸如子电路12a～d引起的噪声波动的响应的和。应当理解，实际上仅有该和是可观察的，而对不同的子电路12a～d的独立响应是不可观察的。)标出了输出点18的X位置24和输入点14a的X位置26。

在理想的反馈条件下，在输入点14a处由第一子电路12a引起的波动具有同该输入点14a处由反馈放大器15的响应引起的波动相同的幅度，但是具有相反的符号，由此输入点14a处(X位置26)的净噪声为零。在绕输入点14a的噪声的X位置26的相对宽的范围中，其中X位置远离第一子电路12a和输出点18的位置，净噪声也是低的，这是因为由于第一子电路12a引起的噪声和由于反馈放大器15引起的反噪声在该区域中具有基本相同的X位置依赖性。

作为对比，图2b示出了反馈放大器15的输出端基本上在输入点14a的位置耦合到电源导线10时的情况。在该情况中，由于反馈放大器15引起的反噪声的幅度28通常在输入点18的X位置26处于最大值。因此，由于第一子电路12a引起的噪声和由于反馈放大器15引起的反噪声具有基本上不同的绕该位置的X位置依赖性。这样，净噪声仅在相对窄的区域中不同于零。

这样，通过在相比于输入点与噪声源12a更接近的输出点处提供非局部反馈，在相对宽的范围中消除了由于遥远的噪声源引起的噪声，其中子电路12c～d耦合到电源导线10。在这一意义上，当仅有相关的噪声源是遥远的时候，单独的反馈放大器15足够用于噪声消除的目的。然而，优选地，当存在其他的噪声源时，使用了至少两个的多个反馈放大器。

图3示出了根据本发明的电路，其中提供了两个反馈电路，每个反馈电路包括反馈放大器35、37。第一反馈放大器35具有耦合到第一电源导线10上的输入点14a、b的差分输入端以及耦合到远离输入点14a、b的输出点18的输出端。第二反馈放大器37具有耦合到第一电源导线10上的输入点16a、b的差分输入端以及耦合到远离输入点16a、b的输出点19的输出端。

在操作中，类似于图1的放大器15，图3的反馈放大器35、37具有抑制电源导线10上的噪声的效果。(应当理解，所采用的词语“反馈”表示，由反馈放大器35、37进行的放大的符号为，输入信号中的增加导致了反作用于该增加的输出信号。)反馈放大器35、37相异地感应在它们各自的输入点14a、b和16a、b之间的电源导线10上的噪声电压波动，并且在它们各自的输出位置18、19引入反作用噪声。相比于通过单独的反馈放大器可能得到的抑制范围，来自噪声源的噪声在更宽的位置范围中得到抑制。差分感应减小了局部化的影响，该局部化可能在一个放大器35、37的输出点位于另一个放大器的输入点附近时出现，反之亦然。如果反馈放大器35、37均具有在另一放大器的输出点附近的单端输入端(而非差分输入端)，则这两个放大器将趋向于作为单独的反馈回路协同工作，每个放大器35、37的输出用于局部抑制噪声，每个基本上都如图2b所示。结果，这减小了其中噪声低于给定阈值的位置范围。已经发现，差分感应减小了这一影响，提供了更宽的其中噪声低于给定阈值的范围。

图4示出了根据本发明噪声抑制电路的另一实施例。(这里还应当理解，所使用的词语“反馈”表示，由反馈放大器35、37进行的放大的符号为，输入信号中的增加导致了反作用于该增加的输出信号。)在图4中，单端增益因数调节电路40、42添加到差分放大器35、37的输入端。在操作中，单端增益因数调节电路40、42提供了差分放大器35、37的差分输入端的敏感度调节，由此对于每个差分放大器35、37，差分放大器35、37的各自的输出信号Y(未说明)根据

Y＝g(Va-αVb)依赖于输入点14a、b，16a、b处各自的电压Va、Vb(未说明)。

因数α通过单端增益因数调节电路40、42实现，并且被选择为，在感应到Va和Vb的输入点14a、b附近的输出点19处引入的反噪声基本上对输出信号Y没有影响。即，如果从附近的输出点19到感应到Va和Vb的输入点14a、b的输出信号的传输因数分别是Ha和Hb(未说明)，则因数α等于Ha/Hb。当单端增益因数调节电路40、42应用到与最近的输出点18、19最接近的输入点14a、b时，α通常表示由单独的电路可以实现的衰减。这样，使得放大器35、37的各自的输出信号Y相互依赖。结果，促使放大器35、37作为分立的反馈环路进行操作，并且在输出点处引入的反噪声用于使Va-αVb为零，即，除了由附近的输出点19引入的反噪声以外，表示局部噪声的信号。

尽管图4的实施例已经示出了，通过使单端增益因数调节电路40、42耦合到放大器35、37的指定的输入端，但是应当理解，事实上，通过在另一输入端处，或者在两个输入端处使用增益因数调节，可以实现输入端的去敏感。而且，通过对电源导线10上的多于两个输入点上的噪声进行加权而得到的信号可被使用。作为替换方案，放大器35、37的输出端可被配置为，它们在另一放大器的附近的输入端处基本不生成输入信号。这可以通过，例如，使用耦合到电源导线10的两个具有相反的符号和幅度比的输出信号的输出端来实现，由此在附近的输入端处未导致净输出信号。

尽管本发明针对一个电源导线10进行了说明，但是应当理解，相似的反馈配置可以应用到两个电源导线10、11。电源导线10、11可以具有线性的形状，或者是采取其中具有弯曲的路径的基本一维的结构。在这两种情况中，通过一对放大器35、37，可以有效地抑制噪声。然而，在不偏离本发明的精神的前提下，电源导线10、11可以在两个维度上延伸。然而，在该情况中，优选地使用多于两个的非局部反馈电路，其具有分布在二维区域上的输入端和输出端，具有用于反作用于导致局部化噪声补偿的附近的输入端和输出端之间的耦合的措施。而且，显然本发明可以应用于除了电源线以外的噪声介质，例如，可应用于子电路12a～d下面的衬底。

Claims (5)

1.一种集成电路，包括：

-噪声源，

-子电路，

-噪声介质，其能够从噪声源向子电路传输噪声信号，

-反馈电路，其具有在子电路的第一侧上的输入点处耦合到噪声介质的输入端，以及在子电路的第二侧上的输出点处耦合到噪声介质的输出端，该第一和第二侧相对于子电路是彼此相反的，噪声源在所述第二侧上耦合到噪声介质，以及

-另一反馈电路，其具有耦合到噪声介质的输入端和输出端，由此反馈电路的输出端耦合到噪声介质，相比于到反馈电路的输入端更加接近于该另一反馈电路的输入端，反馈电路的输出端和另一反馈电路的输入端被相互配置，使得来自反馈电路输出端的输出信号到另一反馈电路反馈的信号分量的传输至少部分地被抑制。

2.权利要求1的集成电路，其中所述噪声介质是电源线。

3.权利要求1的集成电路，其中所述噪声介质是沿数字和模拟电路模块之间的边界的衬底区域。

4.权利要求1的集成电路，其中另一反馈电路具有差分输入端和用于改变至少一个差分输入端处的输入信号的幅度的单端增益因数调节电路，从而将相互不同的权重应用于不同差分输入端处的输入信号，该相互不同的权重使得所述传输至少部分地被抑制。

5.一种集成电路，包括：

-噪声源，

-子电路，

-噪声介质，其能够从噪声源向子电路传输噪声信号，

-反馈电路，其具有在子电路的第一侧上的输入点处耦合到噪声介质的输入端，以及在子电路的第二侧上的输出点处耦合到噪声介质的输出端，该第一和第二侧相对于子电路是彼此相反的，噪声源在所述第二侧上耦合到噪声介质，

-耦合到噪声介质的另一噪声源，以及

-另一反馈电路，其具有耦合到噪声介质的输入端和输出端，反馈电路和另一反馈电路的输入端是差分输入端，反馈电路的差分输入端在另一噪声源的相互相对侧上耦合到噪声介质，而另一反馈电路的差分输入端在噪声源的相互相对侧上耦合到噪声介质。