Các ứng dụng tín hiệu hỗn hợp là một trong những phân khúc phát triển nhanh nhất trong ngành điện tử và bán dẫn. Các ứng dụng trong truyền thông di động, mạng, quản lý năng lượng, ô tô, y tế, hình ảnh, an ninh và an toàn đòi hỏi mức độ tích hợp chức năng tương tự và kỹ thuật số cao ở cấp độ SoC và IP.

Thật không may, so với những tiến bộ trong thiết kế kỹ thuật số trong thập kỷ qua, các thiết kế tương tự tiên tiến lại tụt hậu đáng kể. Ví dụ, hiệu suất của bộ vi xử lý tăng gấp đôi sau mỗi 1,5 năm, trong khi phải mất hơn ba lần thời gian để đạt được tiến bộ tương tự đối với các thiết kế tương tự. Một trở ngại lớn khác đối với các thiết kế tương tự là mức tiêu thụ điện năng. Theo Boris Murmann, giáo sư tại Đại học Stanford, số lượng cổng logic kỹ thuật số tương đương về mức tiêu thụ điện năng đối với bộ chuyển đổi ADC 10 bit ở kích thước 0,13 µm là khoảng 100.000, và con số này tăng gần như theo cấp số nhân đối với các bộ chuyển đổi ADC lớn hơn và các công nghệ sản xuất tiên tiến hiện đại.

Các kỹ thuật thiết kế mạch tương tự hỗ trợ kỹ thuật số (DAA) mới mang đến những giải pháp đầy hứa hẹn để giải quyết các thách thức về hiệu năng và điện năng, mở rộng ranh giới của thiết kế tương tự nhằm đáp ứng nhu cầu ứng dụng hiện tại. Chúng ta hãy sử dụng một bộ chuyển đổi ADC đơn giản để minh họa khái niệm DAA:

Hình 1 minh họa một bộ chuyển đổi ADC điển hình, và Hình 2 minh họa một bộ chuyển đổi ADC kiểu DAA. Trong Hình 2, một bộ chuyển đổi ADC thông thường hiệu suất cao, tiêu thụ điện năng thấp được thay thế bằng một bộ chuyển đổi ADC đơn giản hơn, tiêu thụ điện năng thấp hơn, sau đó được xử lý hậu kỳ bằng kỹ thuật số để áp dụng các hiệu chỉnh cho đầu ra nhằm đạt được độ chính xác tương đương với bộ chuyển đổi ADC thông thường. So với các bộ chuyển đổi ADC thông thường, các bộ chuyển đổi ADC kiểu DAA mang lại những lợi thế đáng kể về điện năng và không gian.

Hơn nữa, các thiết kế kiểu DAA dễ dàng chuyển đổi sang các công nghệ tiên tiến, vì hầu hết các tác vụ tính toán được thực hiện bởi các bộ xử lý hậu kỹ thuật số, thường thể hiện ưu thế lớn hơn về điện năng, hiệu năng và không gian (PPA) ở các công nghệ tiên tiến. Với việc sử dụng ngày càng nhiều các bộ xử lý nhúng như dòng ARM Cortex-M, các nhà thiết kế có thể hưởng lợi hơn nữa về hiệu năng và tính linh hoạt nhờ khả năng phần mềm tuyệt vời của các bộ xử lý này.

Ví dụ trên minh họa một phương pháp cụ thể cho một mạch DAA điển hình. Trong mạch DAA, logic số hỗ trợ được sử dụng để giám sát hiệu suất tương tự thông qua các giai đoạn hoạt động khác nhau và để điều chỉnh các thông số mạch tương tự (ví dụ: độ lệch, điện trở, điện dung) thông qua các vòng lặp hiệu chuẩn nhằm đáp ứng các mục tiêu thiết kế tổng thể.

Trong năm qua, chúng ta đã chứng kiến ​​những tiến bộ trong thiết kế DAA dựa trên phản hồi thiết kế, và sự phát triển của nó báo hiệu một kỷ nguyên mới của thiết kế tín hiệu hỗn hợp. Bằng cách thay thế các cấu trúc tín hiệu tương tự bằng các tùy chọn kỹ thuật số để đáp ứng các mục tiêu PPA ngày càng tiên tiến, chúng ta đang chứng kiến ​​sự bùng nổ trong giai đoạn đầu của sự chuyển đổi mô hình thiết kế tín hiệu hỗn hợp mới này. Do đó, ngành công nghiệp đòi hỏi một phương pháp thiết kế tín hiệu hỗn hợp thực sự mạnh mẽ để thiết kế, kiểm định và triển khai nhằm đáp ứng các yêu cầu của mô hình thiết kế này.