用集成方式解決混合信號半導體的挑戰

由于汽車(chē)與工業(yè)應用中的電子器件顯著(zhù)增多，因此在持續快速增長(cháng)的中國電子工業(yè)中，汽車(chē)與工業(yè)市場(chǎng)仍然扮演著(zhù)重要角色。

　　值得注意的是，在電子設計方面，汽車(chē)與工業(yè)領(lǐng)域之間的共同要求越來(lái)越多。例如，由于傳感器數量越來(lái)越多，現在這兩個(gè)領(lǐng)域的許多應用都依賴(lài)于復雜的信息處理，同時(shí)，精確電機控制或者對繼電器等機電執行元件的需求也已非常普遍。網(wǎng)絡(luò )也是一個(gè)正在大幅度增長(cháng)的領(lǐng)域?，F在，汽車(chē)和工業(yè)設計中都采用CAN和LIN等車(chē)內網(wǎng)絡(luò )(IVN)標準，以將傳感器、執行器和處理器與相關(guān)控制和管理功能連接起來(lái)。

　　最后，汽車(chē)和工業(yè)應用還都需要在各種惡劣、苛刻的環(huán)境中提供長(cháng)期可靠的運行。這種環(huán)境條件包括溫度、震動(dòng)、電噪，許多情況下還需要在高壓下運行。

　　混合信號半導體

　　面對必須在短周期、緊張預算控制內實(shí)現新設計，以及在越來(lái)越小的空間內使用最少數量組件的壓力，設計人員正在尋找各種途徑，從傳統分立元件設計轉到集成度更高的半導體器件。這使得對片內系統ASIC和ASSP器件的需求不斷增長(cháng)，這些器件利用混合信號半導體技術(shù)將模擬和數字功能集成在了同一芯片上。

　　真正的混合信號工藝需要把電壓較高、噪聲敏感度較高的電路與電壓較低但會(huì )產(chǎn)生噪聲的數字電路隔離開(kāi)，這可通過(guò)使用深槽隔離技術(shù)實(shí)現。在該技術(shù)中，一系列隔離槽深埋在芯片襯底內，從而有效地形成能夠很好控制噪聲和電源參數的片內“保護區(pockets)”。傳統混合信號技術(shù)可以實(shí)現放大器、ADC、濾波器等控制與信號處理功能與微控制器、存儲器、定時(shí)器、邏輯控制等數字功能的結合。但是為滿(mǎn)足新興汽車(chē)與工業(yè)設計的需求，混合信號處理的能力必須遠遠超過(guò)這些?，F在混合信號半導體廠(chǎng)商面臨著(zhù)諸多挑戰，他們必須把傳統混合信號設計的相關(guān)功能與保證高壓高溫運行的各種技術(shù)結合起來(lái)，提供高水平的抗電磁干擾和瞬態(tài)電壓能力，提供滿(mǎn)足相關(guān)行業(yè)機構質(zhì)量與安全要求的產(chǎn)品，還要以最低成本滿(mǎn)足上述需求，并把握進(jìn)入市場(chǎng)的最佳時(shí)機。

　　而且，如果是要滿(mǎn)足當今汽車(chē)與工業(yè)工程師的需求，傳統混合信號器件的基本功能也必須在嵌入式智能化、存儲器、公用網(wǎng)絡(luò )控制器及接口可用性、直接執行器輸出等領(lǐng)域大幅擴展。

　　高壓Smart Power

　　對用于汽車(chē)和工業(yè)領(lǐng)域的許多混合信號器件而言，高壓性能是一個(gè)關(guān)鍵要求，無(wú)論是電機控制、繼電器驅動(dòng)還是僅僅需要耐受瞬態(tài)高壓的能力。幸運的是，現在有很多高壓混合信號半導體加工工藝能夠滿(mǎn)足這一要求。

　　以AMI半導體公司的I3T80 Smart Power加工工藝為例，基于0.35mm CMOS的I3T80工藝可以在80V的條件下運行，使系統設計人員能夠使用高集成度數字電路、高壓電路以及高精度模擬模塊的芯片，減少組件數量、節約空間并降低成本。

　　這種高壓工藝可使門(mén)電路密度高達15000/mm2，并包括高性能縱向浮動(dòng)nDMOS晶體管在內的一整套高壓DMOS和雙極器件。另外，這種工藝還采用NPN和PNP雙極器件、高壓浮動(dòng)二極管和多種無(wú)源器件，并為希望使用AMIS工藝設計，需要PLL、USB接口、總線(xiàn)協(xié)議控制器、用于網(wǎng)絡(luò )連接的控制器、嵌入式微處理器等選件的設計人員提供IP功能塊。

　　AMIS Smart Power采用金屬-金屬電容器和良好匹配的高阻抗電阻。靜電放電(ESD)是產(chǎn)品開(kāi)發(fā)的一個(gè)重要方面，4.5kV HBM(人體模型)和750V CDM(設備充電模型)的額定值可以滿(mǎn)足最為苛刻的要求。

　　處理器和存儲器

　　混合信號電路的一個(gè)發(fā)展趨勢是增加某種類(lèi)型的中央處理電路，使AMIS I3T80加工工藝適用于A(yíng)RM7TDMI、R8051、6502內核等選件。而且，由于片內處理的需要，還出現了對片內數據與程序存儲的要求。一般使用數據鎖存器、寄存器、RAM等易失性存儲結構，但需要持續供電來(lái)保留數據。然而，較新的混合信號設計采用包括OTP或EEPROM等在內的非易失性存儲器(NVM)選件來(lái)進(jìn)行工廠(chǎng)編程，最近又采用閃存選件。例如，AMIS公司為其I3T80 Smart Power高壓混合信號系統工藝技術(shù)開(kāi)發(fā)出嵌入式高注入MOS(HiMOS)閃存。成熟的I3T80混合信號技術(shù)與強大的新型NVM結合，將使設計人員能夠為最?lèi)毫拥钠?chē)與工業(yè)工作環(huán)境創(chuàng )建經(jīng)濟型智能傳感器接口、智能執行器以及其它高級單芯片器件。

　　HiMOS閃存能夠在-40℃~125℃溫度范圍內運行。它使設計人員能夠嵌入雙排存儲器，其中一排是高達64kB的代碼存儲，另一排是高達512字節的虛擬EEPROM數據存儲。由于A(yíng)MIS HiMOS閃存是僅使用I3T80基本工藝掩模組上的三個(gè)額外掩模層實(shí)現的，因此這種基于閃存的智能化Smart Power芯片為分立元器件以及其他SoC替代方案提供了一種非常經(jīng)濟的選擇。

　　HiMOS閃存最多可提供100個(gè)代碼存儲擦除周期和最少10000個(gè)數據存儲擦除周期。它能夠保存數據15年，完全滿(mǎn)足汽車(chē)電子組件AEC-Q100臨界應力測試的要求。