采用SOI技術(shù)的CAN收發(fā)器實現(xiàn)EMC優(yōu)化重大突破
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圖2：容錯低速CAN收發(fā)器TJA1054(SOI)和TJA1053的輻射對比。 |
飛利浦通過其TJA1050成功驗證了SOI工藝在高速CAN收發(fā)器中的可用性。與采用傳統(tǒng)技術(shù)生產(chǎn)的PCA82C250產(chǎn)品相比，極大地降低了輻射，甚至可能同時大幅提高抗干擾性。TJA1040、TJA1041和TJA1041A進(jìn)一步擴(kuò)展了采用SOI技術(shù)的高速CAN系列產(chǎn)品，提供低功率模式和附加特性。
基于網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，SOI工藝第一次實現(xiàn)了避免使用至今仍廣泛采用的電抗線圈。這就節(jié)約了元器件成本，簡化了電路板裝配，并提高了控制電子元器件的機(jī)械負(fù)載能力。
SOI和A-BCD3技術(shù)前景無限
除了卓越的EMC性能和簡便設(shè)計外，SOI工藝還擁有諸多其他的顯著優(yōu)勢。例如，較之傳統(tǒng)的結(jié)點絕緣工藝，其封裝密度可降低20%到30%，因而縮小了芯片的表面積。此外，掩膜數(shù)量的減少能簡化工藝，縮短上市時間，降低成本。此外，SOI工藝能提供固有的、強(qiáng)勁的抗電壓脈沖性能，而且Rds(on) 值可降低20%左右，因此能將功率元器件和小信號模擬及密集的CMOS有源器件直接集成在單個硅芯片上。最后，隔離氧化物埋層能減少泄漏電流，可在高于150°C的溫度下工作。在某種意義上，SOI工藝是集成總線收發(fā)器、電源和邏輯的理想選擇，這種技術(shù)將日益得到廣泛部署，例如在汽車的局域互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)(LIN)子總線的從動節(jié)點以及故障安全系統(tǒng)基礎(chǔ)芯片等領(lǐng)域。
為了支持下一代SoC應(yīng)用，飛利浦目前正在力推其第三代A-BCD3 SOI技術(shù)。這種通用0.6微米SOI BCD技術(shù)包含單個多晶硅柵層及3個金屬層，具有120V電壓處理能力，完全適用于下一代42V電池供電系統(tǒng)。器件被做在位于一個1微米氧化物埋層上的厚度為1.5微米的硅器件層上，其間用氧化物和多晶硅填充的溝道隔離。與結(jié)點絕緣工藝相比，在所有器件間都進(jìn)行小溝道隔離能將小信號模擬電路的面積縮小50%。
A-BCD3工藝包含諸多有源/無源器件，包括：5V CMOS、同類產(chǎn)品中Rds(on) 值最佳的12到120V DMOS器件(如圖4所示)、18V NPN和PNP雙極晶體管、60V結(jié)點FET晶體管、9V齊納管以及各種晶體管和低/高壓電容器。此外，還包括RAM和ROM存儲器、用于進(jìn)行修改和識別的非易失性EEPROM存儲器及中型程序存儲器。
該工藝有兩種金屬化方法可供選擇，其一是采用一個能實現(xiàn)密集數(shù)字CMOS(每平方微米4500柵)的第三金屬層，其二是采用3 微米厚的第三金屬層，用于將金屬對功率器件總電阻的影響降至最小，實現(xiàn)高電流功率布線。合適的器件設(shè)計確實能進(jìn)一步實現(xiàn)在有源器件上的布線，顯著削減布線費(fèi)用。SOI技術(shù)及金屬層下面的鈦氮化合物隔離層能夠支持溫度高達(dá)200°C的汽車應(yīng)用。
飛利浦半導(dǎo)體正在推出的LIN I/O從動器件UJA1023就具備了基于A-BCD3技術(shù)的SoC性能。這是一個自主的LIN從動系統(tǒng)，無需添加微控制器或軟件。它集成了一個LIN 2.0收發(fā)器、8個獨立的可配置I/O引腳以及集成的模數(shù)轉(zhuǎn)換器，并可通過LIN總線進(jìn)行編程。由于采用了A-BCD3技術(shù)，LIN I/O從動裝置可直接由電源供電。
A-BCD3技術(shù)發(fā)揮關(guān)鍵作用的另一領(lǐng)域是故障安全系統(tǒng)基礎(chǔ)芯片(SBC)系列產(chǎn)品UJA106x。該系列將LIN、高速CAN及容錯CAN等各種物理層與電壓調(diào)節(jié)監(jiān)視器、片上振蕩器及SPI接口集成在一起?；诿芗瘮?shù)字功能，狀態(tài)機(jī)可與每個故障安全SBC集成在一起，以設(shè)計出真正的故障安全系統(tǒng)。故障安全性能意味著一旦電子控制單元(ECU)發(fā)生故障，故障安全SBC會將ECU置于最低功耗模式，以防止耗盡電池電量。此外，產(chǎn)生故障的ECU將不再與總線進(jìn)行通信，以保證總線和其他ECU的通信繼續(xù)進(jìn)行。
A-BCD3這種下一代SOI能將系統(tǒng)功能集成到一顆可靠的單片電路芯片中。
結(jié)論
飛利浦半導(dǎo)體的SOI技術(shù)已被證實是用于汽車車內(nèi)網(wǎng)絡(luò)收發(fā)器的理想技術(shù)。高壓元器件和低泄漏電流相結(jié)合能夠?qū)崿F(xiàn)具有卓越EMC性能的耐用設(shè)計。正是這些高壓元器件使得設(shè)計出的收發(fā)器既能用12V電池驅(qū)動，也能在24V及42V電壓下運(yùn)作。因此，模塊的設(shè)計適用于卡車和客車，而42V電壓驅(qū)動被期望用于諸如電子控制懸架等高功耗應(yīng)用。
A-BCD技術(shù)除具有卓越的模擬性能外，還具有密集數(shù)字工藝功能，能實現(xiàn)數(shù)字功能的高度集成。模擬和數(shù)字功能的結(jié)合為未來提供了新的可能。EUC設(shè)計的進(jìn)一步集成可以節(jié)省空間并降低系統(tǒng)成本。此外，收發(fā)器、電壓調(diào)節(jié)器、監(jiān)視器、振蕩器及SPI接口等通用ECU功能的巧妙集成能創(chuàng)建更加可靠且故障安全的車內(nèi)網(wǎng)絡(luò)。隨著未來汽車車內(nèi)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點數(shù)量的不斷增加，這一功能變得日益重要。因為一個節(jié)點發(fā)生故障就會阻礙總線通信，而且停車時電池電量也會很快耗完。
諸如故障安全系統(tǒng)基礎(chǔ)芯片和LIN I/O從動裝置等最初的集成步驟已經(jīng)完成。這當(dāng)然不是最終的集成，事實上只是邁向未來的初級階段，而且這將決定車內(nèi)網(wǎng)絡(luò)收發(fā)器的發(fā)展路線。這一路線圖將繼續(xù)在LIN和CAN中采用獨立的收發(fā)器。同時，故障安全系統(tǒng)基礎(chǔ)芯片和集成的LIN I/O從動裝置等集成解決方案有待進(jìn)一步開發(fā)。
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