靈巧劃分在WiMAX射頻中的應用
加入技術交流群
對于現(xiàn)有工藝，混合信號ASIC 設計成本比純數(shù)字ASIC 高，增加成本的原因有以下五個 主要方面：
1. 對于一種特定的工藝，混合信號器件的制造工藝的成本本來就很高。混合信號工藝的特點是需要額外的處理步驟，例如更厚的氧化層、低門限器件和額外的注入。通常， 混合信號的晶圓成本要比純數(shù)字晶圓的成本要高20%。
2. 制造工廠需要投入大量資金以降低缺陷密度，從而獲得接近97%~98%的高良率，這些 都取決于裸片面積。另一方面，模擬電路IC 的良率與設計本身有關。為了在對功耗指 標做出折衷的條件下實現(xiàn)規(guī)定的性能，與數(shù)字設計相比，模擬電路的設計要在工藝變化范圍窄的情況下達到技術指標的要求，這就導致其良率受參數(shù)限制，從而增加了混合信 號設計成本。這方面將使混合信號設計成本增加了10%以上。
3. 從數(shù)字調制解調器中去除模擬功能單元可以簡化生產(chǎn)測試的開發(fā)，并且對節(jié)省生產(chǎn)測試時間有所幫助。采用數(shù)字通用測試儀替代昂貴的混合信號測試儀可以把測試成本降 低15%~20%。
4. 測試覆蓋率工具允許數(shù)字設計工程師建立故障覆蓋率掃描鏈，從而簡化生產(chǎn)測試。然而，混合信號測試需要在幾微伏范圍內(nèi)測量各種模擬技術指標?；旌闲盘栐O計需要的 測試時間至少是純數(shù)字電路設計的五倍。在測試儀上并行處理可以縮短測試時間。假設 采用一種積極的測試程序方法——混合信號器件的測試成本將會提高兩到三倍。
5. 集成的數(shù)據(jù)轉換器內(nèi)核通常是由具有相關版權和/或一次性工程費用(NRE)的第三方 和/或內(nèi)部機構開發(fā)的知識產(chǎn)權。與純數(shù)字ASIC 解決方案的設計工具套件相比，混合信 號設計所采用的設計和支持工具也是一筆附加投資。設計新的混合信號ASIC 所需要的 一套開發(fā)工具比純數(shù)字ASIC 所用工具要多50 萬美元以上。
此外，模擬電路不會像數(shù)字電路那樣隨著工藝線寬的縮小而成比例縮小。圖4 所示，混 合信號IC 的成本會隨著特征尺寸的減小而增加。圖中將成本曲線相對180nm 純數(shù)字ASIC 的成本做了歸一化處理。歷史上，數(shù)字ASIC 工藝特征尺寸每次從一代演進到下一代， 其成本都會隨之降低三分之一。與此相反，混合信號IC 的成本隨著混合信號裸片面積 的減小反而增加。這是因為存在這樣一個事實，即受噪聲限制的模擬電路的成本不隨光 刻工藝線寬的減小而降低，而數(shù)字電路的成本會隨著工藝線寬減小呈平方關系降低。
新工藝設備投資和制造工藝復雜度的增加導致每平方毫米的裸片成本出現(xiàn)一代比一代凈增長的趨勢。而數(shù)字電路的工藝尺寸成比例降低使每只晶體管的成本進一步降低。因 為模擬電路的成本并不隨著工藝尺寸減小而成比例地減小，所以混合信號產(chǎn)品總體成本 開始時保持平穩(wěn)，后來卻隨著工藝尺寸的減小而增大。 在大規(guī)模產(chǎn)品市場中，企業(yè)必須滿足市場定價要求的同時保持價格競爭力，從而為投資者提供合理回報。
如果一家公司的成本是一流競爭對手的兩倍時，就必須迅速采取新的 手段或新的策略。盡管與混合信號設計相關的所有挑戰(zhàn)仍將繼續(xù)存在，但靈巧電路劃分 的眾多好處中也包括利用并不總是適合于模擬/RF 電路的摩爾定律的所有優(yōu)點來顯著地 降低系統(tǒng)成本。除了每個器件成本的增加，沒有選擇最優(yōu)工藝和較長的投放市場時間的機會成本都注定 會影響項目的投資回報。準備就緒的模擬和混合信號內(nèi)核的可用性要比數(shù)字工藝晚大約 兩年，或者差不多有一代的差距，而用于批量生產(chǎn)的內(nèi)核要達到可用性大約需要四年時 間，而靈巧劃分方法可以使系統(tǒng)供應商根據(jù)其需要選擇最優(yōu)化工藝，而不受經(jīng)過認證的 模擬內(nèi)核的可用性約束。
機會成本與非最優(yōu)化工藝的選擇關系很大。例如，在寬帶無線 領域，制造商已經(jīng)發(fā)布了90nm 的內(nèi)核設計。90nm 數(shù)字SoC 設計和130nm 的產(chǎn)品之間的 成本差距竟高達200%以上！而對于65nm 的內(nèi)核設計，成本差距可能高達多倍。 這里推薦的劃分方法提供了一種將節(jié)省下來的時間和資源重點用到開發(fā)下一代產(chǎn)品的機會——從而可能研發(fā)出比競爭對手超前一代的產(chǎn)品投放市場，因為他們把有價值的資源耗費在解決混合信號ASIC 設計的固有難題上。
向數(shù)字射頻基帶接口轉移帶來的性能優(yōu)勢
靈巧劃分憑借在開發(fā)、支持和單位成本方面的成本優(yōu)勢能夠提供高性能的系統(tǒng)解決方案。 對于具有高峰均比的OFDM 系統(tǒng)來說，在RF 器件上實現(xiàn)的高線性度以及在數(shù)字基帶(DBB) 上的先進同步和信道估計算法絕不能因受ADC 和DAC 的動態(tài)范圍的限制而作出折衷。
在 存在噪聲、信道衰落和干擾條件下，為了實現(xiàn)更好的性能，必須仔細考慮對裕量的管理。隨著對AGC 環(huán)路的集成，ADC 的動態(tài)范圍能夠與RF 前端的能力相匹配，從而使像64QAM 這樣高的數(shù)據(jù)速率成為可能。因為DBB 與RF 芯片之間存在復雜的相互影響，所以許多供應商都在努力推出它們的參考設計。
另外，他們利用像符號到符號AGC 這樣的先進技 術來改進移動環(huán)境中常見的系統(tǒng)的信道衰落性能。與分立式AGC 環(huán)路(例如，用兩顆獨 立芯片實現(xiàn)AGC 算法)不同，這里推薦的靈巧劃分能夠實現(xiàn)快速的AGC 收斂，從而使DBB 可以將更多時間用于信道估計和同步，從而把系統(tǒng)的性能改善許多個分貝，相當于進一 步提高了系統(tǒng)的動態(tài)范圍和傳輸速率。
為了消除來自相鄰或相鄰信道的信號干擾，需要采取濾波措施。為了解決這個問題，必須在濾波器的線性度和復雜度之間做出謹慎的折衷。對于低成本零中頻(ZIF)體系結構， 使用數(shù)字濾波器可以實現(xiàn)最終的信道選擇性。濾波電路如同增益電路，必須分布在RF 和后續(xù)數(shù)字濾波器之間。
靈巧劃分能夠最優(yōu)化模擬濾波和數(shù)字濾波之間的濾波要求，從 而充分利用ADC 的動態(tài)范圍。 功耗也是移動系統(tǒng)的一項重要參數(shù)。數(shù)字芯片的功耗直接與電源電壓的平方和柵極電容成正比。因此，對于從130nm 向90nm 的工藝的轉移可以節(jié)省8 倍的功率。而對于利用 靈巧劃分方法的DBB，在130nm 工藝上功耗為1W~1.5W；當升級到90nm 工藝時，其功耗 大幅度減低到200mW。
本文小結
數(shù)字革命已經(jīng)實現(xiàn)了利用精細線寬工藝集成百萬門級電路的解決方案。這些SoC 解決方 案開發(fā)成本昂貴，并且投資回報壓力巨大。為了取得成功，人們必須選擇合適的市場，重點放在提高核心競爭力以低成本并及時地提供差異化的產(chǎn)品。為了把風險降到最小而 相互合作并按照統(tǒng)一的計劃表工作是極具吸引力的選擇。
“從RF 到數(shù)字”的射頻系統(tǒng)的靈巧劃分提供了取得成功的四項關鍵因素——高性能解 決方案，把重點放在提高核心競爭力上，把功耗降到最小及最快的投放市場時間。
合適的模擬和數(shù)字功能劃分解決了許多與在數(shù)字ASIC 上集成模擬電路相關的問題，從 而進一步加快了產(chǎn)品的投放市場時間并且延長了其在市場中的生存時間。它能夠最優(yōu)化 系統(tǒng)以實現(xiàn)高性能。 對于擁有數(shù)字調制解調器和媒體訪問控制器專門經(jīng)驗的數(shù)字基帶芯片供應商來說，靈巧劃分可以使他們把關鍵資源集中于能夠進一步提高產(chǎn)品價值的任務和項目上。
對于大規(guī)模生產(chǎn)應用，工藝的選擇是至關重要的。快速轉向較新工藝的能力可以產(chǎn)生新的成本和性能點，從而帶來競爭優(yōu)勢。靈巧劃分方法正在被ADI 公司多種標準產(chǎn)品制造 部門所采納，如移動手機的Digi-RF 事業(yè)部，針對WLAN 和WiMAX 應用的JC-61 事業(yè)部 及各種專用系統(tǒng)中的應用。ADI 公司提供的ADI/Q 接口允許輕松地實現(xiàn)這種成本——性能優(yōu)化策略。
評論