用集成方式解決混合信號半導體的挑戰(zhàn)

由于汽車與工業(yè)應用中的電子器件顯著增多，因此在持續(xù)快速增長的中國電子工業(yè)中，汽車與工業(yè)市場仍然扮演著重要角色。

　　值得注意的是，在電子設計方面，汽車與工業(yè)領域之間的共同要求越來越多。例如，由于傳感器數(shù)量越來越多，現(xiàn)在這兩個領域的許多應用都依賴于復雜的信息處理，同時，精確電機控制或者對繼電器等機電執(zhí)行元件的需求也已非常普遍。網(wǎng)絡也是一個正在大幅度增長的領域?，F(xiàn)在，汽車和工業(yè)設計中都采用CAN和LIN等車內(nèi)網(wǎng)絡(IVN)標準，以將傳感器、執(zhí)行器和處理器與相關控制和管理功能連接起來。

　　最后，汽車和工業(yè)應用還都需要在各種惡劣、苛刻的環(huán)境中提供長期可靠的運行。這種環(huán)境條件包括溫度、震動、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(nèi)實現(xiàn)新設計，以及在越來越小的空間內(nèi)使用最少數(shù)量組件的壓力，設計人員正在尋找各種途徑，從傳統(tǒng)分立元件設計轉(zhuǎn)到集成度更高的半導體器件。這使得對片內(nèi)系統(tǒng)ASIC和ASSP器件的需求不斷增長，這些器件利用混合信號半導體技術將模擬和數(shù)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產(chǎn)生噪聲的數(shù)字電路隔離開，這可通過使用深槽隔離技術實現(xiàn)。在該技術中，一系列隔離槽深埋在芯片襯底內(nèi)，從而有效地形成能夠很好控制噪聲和電源參數(shù)的片內(nèi)“保護區(qū)(pockets)”。傳統(tǒng)混合信號技術可以實現(xiàn)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、定時器、邏輯控制等數(shù)字功能的結(jié)合。但是為滿足新興汽車與工業(yè)設計的需求，混合信號處理的能力必須遠遠超過這些?，F(xiàn)在混合信號半導體廠商面臨著諸多挑戰(zhàn)，他們必須把傳統(tǒng)混合信號設計的相關功能與保證高壓高溫運行的各種技術結(jié)合起來，提供高水平的抗電磁干擾和瞬態(tài)電壓能力，提供滿足相關行業(yè)機構(gòu)質(zhì)量與安全要求的產(chǎn)品，還要以最低成本滿足上述需求，并把握進入市場的最佳時機。

　　而且，如果是要滿足當今汽車與工業(yè)工程師的需求，傳統(tǒng)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)絡控制器及接口可用性、直接執(zhí)行器輸出等領域大幅擴展。

　　高壓Smart Power

　　對用于汽車和工業(yè)領域的許多混合信號器件而言，高壓性能是一個關鍵要求，無論是電機控制、繼電器驅(qū)動還是僅僅需要耐受瞬態(tài)高壓的能力。幸運的是，現(xiàn)在有很多高壓混合信號半導體加工工藝能夠滿足這一要求。

　　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(tǒng)設計人員能夠使用高集成度數(shù)字電路、高壓電路以及高精度模擬模塊的芯片，減少組件數(shù)量、節(jié)約空間并降低成本。

　　這種高壓工藝可使門電路密度高達15000/mm2，并包括高性能縱向浮動nDMOS晶體管在內(nèi)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、高壓浮動二極管和多種無源器件，并為希望使用AMIS工藝設計，需要PLL、USB接口、總線協(xié)議控制器、用于網(wǎng)絡連接的控制器、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)品開發(fā)的一個重要方面，4.5kV HBM(人體模型)和750V CDM(設備充電模型)的額定值可以滿足最為苛刻的要求。

　　處理器和存儲器

　　混合信號電路的一個發(fā)展趨勢是增加某種類型的中央處理電路，使AMIS I3T80加工工藝適用于ARM7TDMI、R8051、6502內(nèi)核等選件。而且，由于片內(nèi)處理的需要，還出現(xiàn)了對片內(nèi)數(shù)據(jù)與程序存儲的要求。一般使用數(shù)據(jù)鎖存器、寄存器、RAM等易失性存儲結(jié)構(gòu)，但需要持續(xù)供電來保留數(shù)據(jù)。然而，較新的混合信號設計采用包括OTP或EEPROM等在內(nèi)的非易失性存儲器(NVM)選件來進行工廠編程，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(tǒng)工藝技術開發(fā)出嵌入式高注入MOS(HiMOS)閃存。成熟的I3T80混合信號技術與強大的新型NVM結(jié)合，將使設計人員能夠為最惡劣的汽車與工業(yè)工作環(huán)境創(chuàng)建經(jīng)濟型智能傳感器接口、智能執(zhí)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(nèi)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(jié)的虛擬EEPROM數(shù)據(jù)存儲。由于AMIS HiMOS閃存是僅使用I3T80基本工藝掩模組上的三個額外掩模層實現(xiàn)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個代碼存儲擦除周期和最少10000個數(shù)據(jù)存儲擦除周期。它能夠保存數(shù)據(jù)15年，完全滿足汽車電子組件AEC-Q100臨界應力測試的要求。