一、修調目的
數模混合芯片需要修調技術主要是因為以下幾個原因：
工藝偏差（Process Variations）：
半導體制造過程中存在不可避免的工藝偏差，如晶體管尺寸、閾值電壓、電阻和電容值等，這些參數的實際值與設計值可能存在差異，影響芯片的性能和一致性。
溫度漂移（Temperature Drift）：
隨著工作溫度的變化，芯片內部的模擬電路特性會發生漂移，如增益、失調、噪聲等，需要修調技術來補償溫度變化對性能的影響，確保芯片在寬溫范圍內仍能保持穩定性能。
電源電壓波動（Supply Voltage Variation）：
實際電源電壓可能與設計時的理想值有所不同，這會影響模擬電路的性能，修調技術可以對電源電壓變化進行補償，維持電路性能穩定。
提高精度和性能：
高精度的模擬電路（如ADC、DAC、PLL等）對失調、增益、線性度等參數要求很高，通過修調技術可以進一步提高這些參數的精度，達到設計目標。
提高良品率和一致性：
制造過程中的不確定性會導致芯片性能的個體差異，修調技術可以對每顆芯片進行個性化的校準，從而提高整批產品的良品率和性能一致性。
因此，通過各種修調技術，數模混合芯片能夠在不同的工作條件和工藝變化下，仍然能夠滿足設計時的性能指標，提高產品的競爭力和可靠性。
數模混合芯片的修調技術并不一定需要客戶自行修調。實際上，大多數情況下，芯片在出廠前就已經完成了制造商的修調過程，確保芯片達到規定的性能指標。這些修調過程可能包括在生產線上進行的硬件修調（如熔絲修調、激光修調等）或者在出廠前進行的軟件修調（如數字校準）。
在芯片到達終端用戶手中時，一般不需要再次進行修調。然而，有些高端或復雜的數模混合芯片可能提供用戶可編程的修調選項，允許用戶根據特定應用環境進行微調優化，但這通常需要一定的專業知識和專用工具，并非普通消費者操作的常規步驟。
此外，一些數模混合芯片集成了自適應校準功能，可以在系統運行時根據工作條件自動調整，這類芯片無需用戶手動修調，而是由芯片內部機制自動完成。
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二、修調技術
數模混合芯片設計中的修調技術主要服務于校正由于工藝、溫度和電源電壓變化帶來的性能偏差，以確保芯片在不同工作條件下的性能穩定性。以下是數模混合芯片設計中常見的修調技術：
數字校準（Digital Calibration）：
數字校準通過軟件算法在系統啟動或運行過程中動態調整模擬模塊的行為。例如，在高精度ADC（模數轉換器）中，可以通過數字控制器讀取并分析轉換誤差，然后更新DAC（數模轉換器）的設置值來補償失調、增益誤差和其他非理想特性。
硬件寄存器修調（Trimming with Register Settings）：
設計者會在芯片內部包含一些可編程的硬件寄存器，通過數字接口寫入不同的數值來調節模擬模塊的工作點或參數。比如，通過配置寄存器來微調參考電壓、電流源的值或者濾波器的頻率響應。
熔絲修調（Fuse Programming or Laser Trimming）：
在生產流程后期，通過熔斷或激光切割預先設計好的熔絲，改變電路的電阻或電容值，從而修正模擬部分的性能。例如，可以根據實際測試數據燒斷特定的熔絲，調整放大器的偏置電流或匹配電阻。
自適應校準（Adaptive Calibration）：
這種技術允許芯片在運行時自動監測環境變化（如溫度變化），并實時調整模擬電路的參數，保證性能的穩定性。例如，某些溫度傳感器和補償電路配合使用，以保持ADC的線性度和精確度不受溫度影響。
多路開關和電阻陣列（Multiplexer and Resistor Array）
使用多路開關和電阻網絡實現模擬信號路徑的修調。通過數字控制信號選擇不同的電阻值，可以微調電壓基準、增益或失調補償。
迭代學習法（Iterative Learning Algorithm）
對于復雜的模擬模塊，可能采用基于反饋的迭代學習算法進行校準，通過反復嘗試和錯誤修正，找到最佳的參數組合以達到設計目標。
片上自校準（On-Chip Self-Calibration, OSCAL）
片上集成校準電路，可在芯片啟動或定期維護時進行自校準，減少了對外部設備的依賴，提高了產品的一致性和良率。
多階校準（Multistage Calibration）
對于大型數模混合系統，可能會采用多級校準方案，先進行粗略的全局修調，再進行精細局部修調，以逐步逼近最優性能。
以上修調技術并非孤立使用，而是常常結合在一起，形成一套完整的校準解決方案，以滿足數模混合芯片在不同應用場景下對于精度和魯棒性的嚴格要求。
三、優缺點 ？
在數模混合芯片設計中，不同的修調技術各有優缺點，尤其是在考慮芯片面積和功耗這兩個關鍵設計因素時，優缺點表現如下：
數字校準（Digital Calibration）
優點：靈活性高：通過軟件更新即可實現參數調整，無需額外的硬件修改。動態適應性強：可根據工作條件實時調整，增強芯片在不同環境下的性能穩定性。
缺點：額外數字邏輯可能會增加芯片面積和功耗，特別是如果需要復雜的校準算法。依賴于數字控制器和存儲單元，可能會占用一部分寶貴的芯片資源。
硬件寄存器修調
優點：結構相對簡單，只需要較小的硬件資源就可以實現一定程度的修調。修調速度快，一旦寫入寄存器即可立即生效。
缺點：修調精度可能受限于寄存器的數量和分辨率，無法實現極高精度的修調。若寄存器過多，也可能導致芯片面積增大。
熔絲修調
優點：提供較高精度的修調，特別是在大批量生產中，可一次性永久校準。
缺點：工藝復雜，增加了生產成本和時間。不可逆，一旦修調后不可更改，不支持動態校準。有可能增加芯片面積，特別是對于大規模的修調矩陣。
自適應校準
優點：能夠隨時間和環境變化實時調整，提高系統長期穩定性。
缺點：自適應電路可能增加芯片面積和持續的功耗，尤其在始終處于激活狀態的情況下。
片上自校準（OSCAL）
優點：獨立于外部設備，提高了產品的便攜性和可靠性。
缺點：為了實現自校準功能，需要額外的校準電路和控制邏輯，可能增加面積和功耗。
總的來說，選擇哪種修調技術取決于具體的應用需求和設計約束，包括成本、功耗、面積、精度和靈活性等方面。設計者通常需要權衡各種技術的優缺點，設計出既滿足性能要求又兼顧面積和功耗的最優修調方案。
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