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作為活躍在模擬技術領域的半導體供應商,飛思卡爾半導體一直致力于為嵌入式控制系統設計者提供高度集成的系列功率開關、網絡、通信、運動控制和電源管理應用產品。這些產品不同于具有單一功能的傳統模擬產品,飛思卡爾可在單個集成電路中提供多種可改善和簡化系統設計的關鍵功能。用戶則可受益于這些產品的成本效益并縮短產品上市時間。本文將結合飛思卡爾在模擬技術方面的創新,對未來的模擬市場的最新發展。
滿足模擬市場增長需求
據Databeans Estimates預測,到2010年全球模擬半導體市場將以12%的復合增長率成長,亞太地區將高達17%,中國市場的增長尤為可觀,將高達20%。未來幾年,通信設備、消費電子產品將是驅動半導體市場成長的主要動力;此外保安、數字廣播、節能及監控、汽車電子系統、工業設備等需求也將相應增加。通信設備、消費電子及電腦仍是中國三大主要市場;而且,中國已成為全球最大的手機生產基地之一。2006年3G通信設備市場將會繼續成為國內最大的垂直整合產品市場。中國電子產業的可觀增長,將需要更多的模擬集成電路來支持更多創新的功能,從而刺激對模擬集成電路的需求。這些都為廠商提供了有利的機遇和條件。
作為設計和開發高度集成的混合信號模擬集成電路的廠商,飛思卡爾不斷將用戶所需的關鍵系統功能融入到令人興奮的解決方案中。飛思卡爾的電動(power actuation)解決方案包括:低端開關、高端開關、H橋和可配置開關、H橋步進電機、前置驅動器、電爆驅動器、發動機電壓調節器;電源管理解決方案包括:線性穩壓器、開關穩壓器、熱插拔控制器;網絡收發器包括:連接解決方案(CAN物理接口、LIN/ISO9141/J1850物理接口、分布式系統接口元件)和千兆SerDes收發器;信號調整產品包括:彈性I/O;特殊功能及有線通信產品包括:音頻放大器、電流控制器、ISDN、Ringer、UDLT、話音與數據編碼(MC14LC5480系列數據信號編解碼器、過濾器);此外還有嵌入式MCU+功率器件。
飛思卡爾的模擬產品可以在無線通信、數字和硬拷貝影像、汽車和工業等許多領域應用。公司也在將功率控制和電源管理方面的卓越新產品增加到產品線中。
SMARTMOS工藝實現先進功能
飛思卡爾的集成電路功能強大,可為動力、控制和通信應用提供許多獨到的特性。專有的SMARTMOS(注:SMARTMOS為飛思卡爾的產品商標)混合信號半導體工藝可實現高密度邏輯與模擬和電源功能的共存,為設計者提供顯著的集成優勢。這些優勢包括易于使用、突出的集成電路和負載保護特性,同時還可以減少元件數量和提高可靠性。
飛思卡爾的標準產品線包括功率開關集成電路、電源管理集成電路、網絡收發器、汽車安全產品和專用功能器件。這些產品實現了單個芯片和集成級封裝。每種器件都采用SMARTMOS工藝作為通用構建模塊,以增加用戶所需的功能。這些器件可與飛思卡爾的微處理器、微控制器和DSP一起運行。
SMARTMOS是嵌入式世界的最佳工藝。其獨到之處在于結合了許多模擬器件所必需的特性,包括:NVM、iLDMOS、大電流金屬、高電壓、噪聲免疫性、適應惡劣環境、感性負載開關和干擾免疫性、105V的能力,等等。這些強大的功能加上工程設計匹配能力,使SMARTMOS產品成為了模擬設計的理想選擇。
值得一提的是,雖然今天的高密度CMOS工藝具有很高的處理能力,但是它不能與大多數現實世界的系統進行直接交互。在嵌入式系統中,現實世界的信號仍然需要經過處理器,負載也需要進行驅動。此外,處理器還需要有干凈的電源,同時還要對其進行保護,以免受到外部世界惡劣電氣環境的影響。
SMARTMOS是一種融合型CMOS工藝,它集成了精度模擬、功率器件和邏輯電路。采用SMARTMOS技術的集成電路可以實現CMOS工藝所無法得到的性能。嵌入式系統設計者可以將諸如穩壓、功率MOSFET、輸入信號調節、瞬態保護、系統診斷和控制等功能融入到低成本的單片集成電路中,從而省掉數十個元件。
SMARTMOS技術產的應用主要分為四大類――電源、通信、保護和控制。電源產品可以用具有現實世界能力的模擬/電源接口保護敏感元件;通信產品是用來與其主MCU通信實現網絡通信的器件;保護產品可對其本身及其負載、匹配的MCU和電氣線路進行智能保護,以免受到環境壓力、故障或過載的影響;控制產品具有控制驅動大電流和大功率負載的能力,例如:螺線管、繼電器、燈、電機和被動負載。
以形式劃分,SMARTMOS產品有3種主要類型――單芯片SMARTMOS集成電路、多芯片單封裝智能大功率開關產品,以及智能分布式控制產品。這些產品系列之間的通用線程是SMARTMOS硅材料。
SMARTMOS集成電路產品功能豐富,其混合信號構建模塊包括:A/D和D/A轉換器、軌對軌運算放大器、比較器、充電泵和柵極驅動器、穩壓器、精度參考、數字邏輯和非易揮發存儲器。在負載驅動應用方面,還有具備感應能量箝位、獨立熱管理(independent thermal management)、短路保護(short circuit protection)和負載感測診斷(diagnostic load sensing)的功率MOSFET產品。
此外,為滿足網絡和通信市場發展的需求,飛思卡爾還開發了千兆SerDes收發器產品,為市場提供了從分立SerDes解決方案向集成解決方案轉移的路徑。飛思卡爾的SerDes產品是一種高帶寬系統內或芯片間、板卡間、背板或電纜通信的全雙工和多通道數據接口收發器,可提供優異的信號完整性和最佳的質量特性。SerDes產品采用CMOS工藝,可使用工業標準材料,以降低成本、功耗和風險。
總之,采用SMARTMOS技術有助于設計者滿足高精度元件在惡劣環境下運行的要求,提供強大的功率晶體管性能。新一代SMARTMOS 7是專門為0.35μm CMOS電路開發的,與0.5μm CMOS工藝的SMARTMOS 5相比,可提供接近10倍的數字密度。目前,采用0.25μm工藝的SMARTMOS 8也即將投入生產。
先進設計平臺集數字模擬大成
DigitalPower是飛思卡爾為復雜集成混合信號系統級芯片(SoC)解決方案創建的設計平臺。它利用超級智能功率技術SMARTMOS可顯著提高數字密度,幫助系統級芯片設計者經濟有效地將數字內容――微控制器和DSP核、串行接口、存儲器和邏輯――融入在具有高性能模擬和大功率電路的芯片中。
該平臺是一種真正的混合模式設計方法,可以實現3-A H橋與32MHz微控制器和處理器共存等大功率模擬功能。這種新的方法所提供的低功耗模擬功能包括:運算放大器、模數轉換器(ADC)、脈沖寬度調制電路、通用I/O、寬能隙參考、波形發生器和濾波器。
DigitalPower技術的最初目標是打印機應用。利用DigitalPower能力開發的完整的噴墨打印機系統級芯片,集成了8位16.7MHz 68HC05微控制器核、16KB ROM、256字節RAM、IEEE-1284平行端口接口、DRAM控制器、四通道/8位模數轉換器、系統時鐘鎖相環、16位定時器、16位COP看門狗定時器、邏輯門和4個25V H橋,以及5V 100mA線性穩壓器、1.8 V~3.2V 25mA線性穩壓器、開關模式穩壓控制器,還有電機控制專用的硬件特性。所有這一切都集成在一個100引腳的TQFP封裝中。目前,DigitalPower技術已廣泛用于影像、數碼相機、CD/MP3播放器和其他消費產品。其較早的產品是定制設計,現在已為這些應用開發了標準的系統級芯片。為了使ASIC設計者獲得DigitalPower的好處,飛思卡爾還創建了一個數字、模擬和電源功能程序庫。這個開放的程序庫有助于用戶集成自身的專用功能和IP,也可用于設計、開發和仿真工具。
推動模擬集成電路向高端遷移
近20年,模擬集成電路經歷了穩健快速的發展;10年來,消費電子產品、通信產品、計算應用市場依然發展迅猛。與數字IC相比,模擬集成電路的應用依然是高端應用,即使數字集成電路能夠實現完成與模擬集成電路相同的任務,達到相同的性能,模擬集成電路在通用和大批量市場中依然是高性價比的選擇。作為全球重要的制造和采購基地,中國的模擬IC市場依然是全球關注的焦點,而且在未來1-2年仍然有著巨大的增長潛力。
先進電子產品需要采用更多的模擬集成電路,以支持更多新的功能。隨著便攜產品的小型化、低功耗要求,3C產品在給模擬器件帶來巨大市場機會的同時,也對其提出更苛刻的要求。從整體趨勢來說,速度、功耗、準確度、噪聲及失真率等都是衡量電子產品性能的重要參數,這幾方面的要求將日趨嚴格。這些正是廠商開發高性能的模擬芯片及子系統所追求的目標。
本次活動由工業和信息化部科技司指導,江蘇省經信委、無錫市人民政府、工業和信息化部軟件和集成電路促進中心主辦,來自政、產、學、研、用各界人士600余人匯聚一堂,共同探討物聯網、大數據產業發展現狀和前景。同時,由工業和信息化部科技司指導,工信部軟件和集成電路促進中心主辦的“2016年度物聯網解決方案”評選結果重磅揭曉,國內外45家企業入選。
工信部科技司巡視員盧希、江蘇省經信委副主任龔懷進、無錫市人民政府副市長葉萬彬、工信部軟件和集成電路促進中心副主任曲大偉等領導出席會議并致辭,回顧物聯網、大數據產業發展歷程并對產業未來發展充滿信心。嘉賓致辭后,無錫市信息化和無線電管理局局長張克平宣布2016大數據應用創新大賽(無錫)正式啟動,在隨后的主題演講中,張克平局長以無錫為例,圍繞“物聯網+大數據”如何推動智慧城市建設工作做了精彩分享。
中國工程院院士倪光南發表題為“加快推進網絡信息技術自主創新”的主旨演講,站在網絡和數據安全以及核心芯片、軟件的自主創新等角度為參會者分享了自己的觀點。
Concur一直堅持針對中國用戶的特需求提供定制化的服務,并結合中國的財務管理政策優化自身解決方案,幫助客戶全面滿足中國增值稅改革、合規性等多方面的政策要求。同時,結合中國用戶出行特點,Concur已經與攜程、滴滴出行等眾多創新性的企業進行合作,提供專為中國商旅市場定制的一體化差旅和費用管理解決方案。Concur在全球差旅和費用管理領域擁有超過20年的實踐經驗,能夠為中國企業提供高價值的跨行業費用管理服務,使其在全球化過程中符合各國財務合規性的要求,幫助他們有效管理差旅費用,優化成本,從而實現投資回報最大化。 Concur費用管理平臺基于電子化的數據,可生成完整、多維度的財務報告,方便企業財務團隊隨時隨地查詢;同時,這些報告將差旅報銷數據、差旅預批準信息、預定信息、企業資源規劃 (ERP) 和信用卡信息集成到一個統一的系統,生成獨立、全面、清晰的視圖。
Concur全球總裁Mike Eberhard表示:“中國代表著一個巨大的市場機遇,我們在這里已經為眾多跨國企業的中國分支提供了差旅和費用管理服務。我們很期待未來能夠在中國繼續擴大業務,將Concur的優質服務傳遞給更多的中國企業。與中數通信息有限公司的合作,讓我們能在云端為中國企業提供更加優質的服務,從而全面拓展中國市場。”
Mellanox創新網絡支撐科大訊飛走向前臺
Mellanox公司日前宣布科大訊飛已采用Mellanox端到端的25G和100G智能網絡解決方案為其打造下一代機器學習研究中心。該解決方案基于Mellanox ConnectX系列網卡和Spectrum交換機,將助力科大訊飛的語音產品實現高達97%的語音識別率。
“Mellanox的互連解決方案幫助科大訊飛成功搭建了下一代的機器學習中心,這將進一步提升我們的應用性能,從容應對未來的各種需求和挑戰”,科大訊飛公司研究院常務副院長王智國博士表示。“而且,基于Mellanox以太網解決方案的高可擴展性,我們能夠以最高效的方式提升計算和存儲能力,無中斷地擴展服務器規模。”
采用Mellanox 25G和100G Spectrum開放式以太網交換機,科大訊飛成功構建了一套靈活、可擴展、易于管理的高性能體系結構。該機器學習系統可以輕松處理巨大的并發流量,并且能夠支持不可預測的業務增長。Mellanox尖端智能網絡解決方案不僅為其提升了數據通訊的帶寬、極大的增加了數據的吞吐率,還能提供自動化的網絡配置和管理;支持 QoS 、RoCE v2和 TCP/IP 的融合網絡。此外,該超大規模網絡架構具有極高的可擴展性,可通過BGP實現全互連,提供8路/16路等價多路負載均衡(8/16 ECMP)。
基于Mellanox Spectrum交換機leaf-spine架構的網絡拓撲結構解決了橫向網絡連接的傳輸瓶頸,而且提供了高度的擴展性,它幾乎能適應所有大中小型數據中心。可以預見,所有企業的IT建設都是走向收斂型和高層次的虛擬化型葉脊網絡結構,Mellanox將是廣大行業用戶構建現代數據中網絡基礎架構的最佳選擇。
AI ON IA,英特爾加速人工智能創新和發展
2016 年 11月 30日,主題為“釋放IA原力 擁抱AI時代”的英特爾人工智能論壇在北京召開。英特爾公司副總裁、數據中心事業部數據中心解決方案部門總經理Jason Waxman表示,“人工智能將變革企業業務運營方式以及人類與世界的交互方式。作為一家助力云計算,以及數十億智能互聯計算設備的公司,英特爾正繼續轉型以聚焦已經崛起的良性循環――云和數據中心、物聯網、內存和FPGA等加速器,它們緊密聯系在一起并通過摩爾定律而進一步增強――從而加速人工智能創新及其在企業和社會中的應用和普及。”
英特爾為人工智能提供全面的、極為靈活的端到端解決方案產品組合:構建于業界領先的基于英特爾架構的涵蓋至強處理器、至強融核處理器、Nervana平臺和FPGA、Omni-Path網絡、3D XPoint存儲等技術的硬件平臺,結合英特爾針對深度學習/機器學習而優化的英特爾數學函數庫(Intel MKL)、英特爾數據分析加速庫Intel DAAL)等,和致力于為多節點架構提供卓越性能的開源軟件框架如Spark、Caffe、Theano以及Neon等,及可推動前后端協同人工智能發展布局的Saffron、TAP、Nervana 系統、Movidius等工具和平臺。同時,為推動人工智能戰略的實施,加速相關技術的大眾化并最終實現應用的普及,英特爾還積極建立與包括谷歌等業界領先公司在內的廣泛的聯盟,成立英特爾Nervana人工智能委員會等推動技術探索和創新,與全球領先機構合作提供開發者培訓課程,從而構建涉及人工智能技術提升、教育培訓、應用優化等廣泛的生態。
國內首個網絡直播行業景氣指數
12月6日,中國信通院政策與經濟研究所聯合網宿科技共同首個網絡直播行業景氣指數,從直播帶寬、觀眾活躍度、主播活躍度等多個層面構建了我國網絡直播行業景氣度的監測系統。數據顯示,前三季度,中國網絡直播景氣指數持續上行,三季度網絡直播景氣指數環比二季度增長59.06%,網絡直播行業的景氣度加速上揚。
指數報告顯示,近一年多以來,直播行業經歷了野蠻式的增長,直播平臺早已突破200家。截止到今年6月底,網絡直播用戶的規模已經達到了3.25億,占網民總數的45.8%,并且這個規模仍在持續上漲。直播已經成為2016年互聯網領域最為熱門的現象級應用。安信證券通信行業首席分析師李偉表示,直播+的未來前景十分廣闊,現在無論是直播+各種業態,還是原有BAT陣營或者其他業態,加速嵌入直播功能,都是在搶奪流量的入口,預計明年關于直播入口的爭奪將更趨激烈。
認知計算助力神思電子轉型升級
近日,IBM與神思電子在濟南隆重舉行簽約儀式,宣布雙方達成合作協議。IBM將為神思提供一站式的業務解決方案和技術支持服務,運用認知計算和應用能力幫助其展開由從智能識別到認知行業解決方案,由行業深耕到行業貫通的轉型升級。神思電子作為IBM重要的合作伙伴,將與IBM一道為其服務的行業客戶打造基于認知計算、物聯網和大數據等技術的解決方案。在合作的第一階段,神思計劃利用IBM Watson Explorer和IBM Watson IoT Platform上的SaaS產品打造國內領先的商業服務機器人和個性化的認知行業智能解決方案,并有望首先應用于醫療、金融等領域。濟南市市委常委、副市長蘇樹偉,神思電子董事長王繼春以及IBM副總裁兼大中華區認知解決方案總經理Robert Josef Simmeth等領導出席并見證了簽約儀式。
神思電子希望依托多方位的智能識別和行業應用技術,以及在移動互聯、免簽免密小額支付、數據挖掘等領域積淀多年的行業經驗,并結合IBM在認知計算、物聯網和大數據等技術領域的領先優勢,在移動商業、便捷支付、銀醫自助等應用領域繼續深耕,為現有客戶提供‘認知+’的行業解決方案。
數字化舉措促進中國大陸企業業務表現提升
CA Technologies近日公布了一項名為《保持得分:數字化轉型為何如此重要?》的調查顯示了經營業績與支撐數字化轉型的技術實踐之間具有緊密聯系。
該項調查采用了“數字化轉型業務影響計分卡”(BIS),涉及業務敏捷性、業務增長、以客戶為中心和運營效率四個類別。總體來看,中國大陸企業數字化舉措的影響力得分為50分,在世界范圍內排名居中。在亞太及日本地區,敏捷管理、DevOps、API管理和以身份為中心的安全性等數字化實踐被廣泛采用,使業務影響力提升高達54%。有33%的中國大陸企業認為對數字化方面的投資有助于企業明顯超越競爭對手。
在該項調查中,中國大陸企業受訪者表示數字化轉型為其帶來以下效益:85%擴大了數字化覆蓋范圍、82%提升了用戶體驗、34%提高了客戶滿意度、33%加速了上市速度、29%增加了新業務收入、27%縮短了決策時間。
亞太及日本地區的一些發展中國家在BIS中表現強勁,領跑全球榜單,其中包括印度(79分)、泰國(71分)、印度尼西亞(66分)和馬來西亞(64分)。中國大陸(50分)在此次評估中位居第六名的中間位置。調查指出,新興經濟體相較于成熟的傳統經濟體更具有發展潛力,也更易于進行數字化轉型,這是因為新型經濟如“白紙”一般的特質使其可以避免受到舊系統的束縛。
首屆全國大學生集成電路創新創業大賽啟動
進入“十二五”,集成電路、下一代移動通信、物聯網、移動互聯網等戰略性新興產業顯現出巨大的產業價值。面對新時點和新形勢,大唐電信依托核心技術與產品,把握戰略性新興產業發展機遇,以全面提升核心競爭力為重點,聚焦主營業務,實現技術創新水平、行業領先地位、企業管理能力、規模價值增長等核心競爭力指標的顯著提高。
曹斌介紹,未來三到五年,大唐電信將圍繞公司四大主營業務,以芯片、智能卡、終端產品、接入設備、軟件應用、平臺運營等產品和服務為核心,提供面向智慧城市、物聯網、移動互聯網、三網融合等系列解決方案,成為細分行業綜合領先的解決方案和服務提供商。同時,大唐電信將以市場和客戶需求為導向,持續加強產業鏈關鍵環節布局,提升芯片設計、終端設計和軟件與應用能力,在戰略新興產業方面,繼續完善產業布局,創新商業模式,促進物聯網、移動互聯網等產業的融合發展。
按照“十二五”戰略規劃,公司制定了跨越式成長戰略:以利潤為導向,以產業經營和資本經營雙輪驅動發展。
產業經營方面,公司基于四大主營業務,提供面向智慧城市、物聯網、移動互聯網等領域的產品、服務和解決方案。
大唐電信將抓住智慧城市大發展的歷史機遇,聚焦智慧政府、智慧城市管理、智慧民生等領域推出智慧城市整體方案。
在物聯網和行業信息化領域,大唐電信構建了面向企業管理、行業應用和社會公共管理和服務等領域的整體解決方案。大唐電信從“統一開放的平臺架構”搭建以及“豐富的智能化應用”搭建兩個層面著手,創新業務模式,通過關鍵技術的自主、協同和核心產品的提供能力,從芯片、終端、軟件、應用與服務等維度全面支撐物聯網和行業信息化的發展,實現了產品的平臺化、系列化。
在移動互聯網領域,大唐電信推出新華瑞德數字內容云服務平臺,專業從事數字內容傳播和文化產品交易運營服務,可實現各種垂直行業應用。例如,為全國育齡婦女提供移動互聯網服務;和教育部合作“教育通”平臺,打造教育行業的移動互聯網生態系統;為演藝明星打造專屬演藝文化云平臺及定制終端的“移動互聯網娛樂互動平臺”項目;提供數字內容創意、創作、分發、呈現、渠道接入全過程支撐的“數字內容創作支撐平臺”。此外,大唐電信積極推動建設創意、創新產業孵化平臺——大唐創新港。目前,這個孵化平臺已成為中關村管委會孵化平臺的一部分。
在資本經營方面,大唐電信將延續既定發展戰略,圍繞“融合、布局、創新、提升”的總體思路,加速產業間和公司內外的融合與協作,圍繞集成電路設計、軟件和應用、終端設計、移動互聯網業務等四大產業板塊,繼續完善產業鏈條并布局重點核心能力環節,提升產業整體經營能力和綜合競爭能力。
Tamara Schmitz 是Intersil公司光傳感器應用經理,她于2007年加入Intersil。Tamara持有美國斯坦福大學電子工程學士學位、電子工程碩士學位、以及RF CMOS電路設計博士學位。在1997年8月到2002年8月期間,她在斯坦福大學擔任電子工程講師;從2002年8月到2007年8月,她在圣何塞州立大學擔任電子工程助理教授職位。
Dave Ritter 曾是Intersil公司設計工程師,在半導體行業有20多年的經驗。
Tamara Schmitz:上次我們談了集成電路項目的概要內容。如果你還記得的話,我們的關鍵步驟清單內容包括:
產品概念—來自市場需求(在本例中)
技術可行性— 包括樣品。
商業計劃 —包括成本、時間表和潛在市場數據。
IC設計— 搭建晶體管電路和仿真結果
測試開發— 包括內置測試。
試驗臺驗證— 使用視頻測試設備測試首批產品。
自動測試設備(ATE)—使用自動測試設備測試多個首批產品。
試驗臺/ATE相關性 —確保試驗臺測試和ATE測試結果一致。
客戶評估板—按照實際的應用場景來設計和搭建
最終產品資料,包括規格、曲線和應用部分—由應用人員撰寫。
宣傳和支持資料—由Marcom(營銷傳播部)編制。
Dave Ritter:你還做筆記?我真是受寵若驚!
Tamara博士:Dave,我們的談話確實值得記錄。這一次我想知道每個步驟的具體內容。你準備好了嗎?
Dave:作為一個童子軍(好長時間以前),我們的座右銘是“時刻準備著。”我準備好了。
Tamara博士:太好了!第一步——也可能是最困難的一步——是提出想法。你提到你的最新視頻均衡器——亦即MegaQ——是來自營銷工程師和應用工程師的設想。
Dave:實際上,MegaQ是由應用工程師和營銷工程師在我們過去幾年開發的一些分立解決方案的基礎上設想出來的。問題是:我們能否集成它,能否予以自動化。以及??我們能否讓傳輸距離達到一英里。但想法可能來自任何人,包括本科實習生。
Tamara博士:聽上去你有一個故事想告訴我……
Dave:沒錯。那是一個開啟了我的職業生涯的項目。
Tamara博士:Dave,我們現在說的可是電子行業的事兒,不是蒸汽機!
Dave:沒有那么久,是在上世紀80年代中期。我進入了一個生產測試設備的小公司。他們那時正在定義下一代“波形/矢量示波器”——一種專用于視頻系統的示波器。該示波器有多個輸入,所以按下一個按鈕最多可以觀察三個攝像頭。有意思的是在產品定義中:產品一次只顯示一個信號,因為多個信號會讓用戶混淆。
Tamara博士:這也算問題嗎?
Dave:是的,如果你是負責校對多個攝像頭的技術主管的話。最后發現我們對該產品增加的一項最有用功能(我們增加了許多功能:第一個控制式監視器、觸摸面板屏幕控制等)是同時疊加三個小型和三個矢量顯示的能力。攝像頭安裝技術人員能夠在一個屏幕上同時查看攝像頭的所有關鍵定時方面,而且他能在攝像頭工作時這樣做。
要是在以前,他必須提前來進行,并使用特殊效應面板來進行疊加。我們得到了一個著名深夜網絡新聞節目的技術總監的褒獎——我們使他的工作更加容易。
Tamara博士:所以想法是來自客戶和生產更佳的產品……
Dave:大概如此。實際情況是前一個夏天我一直與當地有線電視臺的工作人員在其狹小的演播室中忙個不停。我需要使用波形監測儀和矢量示波器來對正攝像頭,由于一次只能校對一個,所以這實際上是一件令人頭疼的事。所以我確信我們的新產品用其‘三重疊加顯示’解決了這個問題,所以Nightline節目的那些人才那么喜歡它。
Tamara博士:那么這個想法是因為您偶然在有線公司有過一次兼職實習而產生的?!
Dave:沒錯。它是客戶需求、競爭產品和偶然兼職實習的綜合結果。無論想法來自何處,它幾乎總是與現場工作人員相互交流的結果。這可能是源于負責解決問題的現場應用工程師。也可能是在研討會上甚至在你自己的自助餐廳進行的交談。有時是負責分析競爭形勢的營銷人員??諸如此類,數不勝數。
Tamara博士:我認為想法也是隨著時間的推移而逐漸形成的。
Dave:不錯。單個客戶可能有一個具體要求,但我們想服務于整個市場。所以與大量潛在用戶進行交流,并提出可給他們幫助的解決方案是很有意義的。這需要時間。
Tamara博士:我們增加了什么功能來讓它對大量客戶有用?
Dave:包括許多功能。可能是針對增益或通道的可編程性。這可能意味著使某個元件脫離芯片,以便用戶能夠設定電流電平。
Tamara博士:具體到MegaQ是什么?
Dave:關于MegaQ,我們希望能夠改進和延長復合視頻的傳輸距離。我們添加了三項主要功能來使之易于用于廣泛的應用。首先是,它是一種只需安裝在接收器端的均衡器系統(不需要配置安裝在柱子上或建筑物角落的攝像頭)。
其次,MegaQ會對0-5,300英尺的電纜進行自動均衡校準,以消除復雜的安裝。第三,它有一項自動反轉功能,在安裝者無意使視頻輸入反向時予以反轉。
Tamara博士:明白了。這聽上去易于使用并具有開發挑戰性。現在我們來談商業計劃吧——我們需要賺錢。
Dave:如果你在問有關錢的事情,我想你已經進入了管理層。讓我們先來看技術可行性。如果具有可行性,那么來看我們是否用它能夠賺錢才有意義。
Tamara博士:當然。我們來看。我想知道客戶如何應對這個問題,以前做了什么以及競爭對手目前有哪些東西。
Dave:有時你會發現目前的技術水平是分立設計。有時又是一種與用于其他應用的集成電路產品結合起來的系統。有時我們非常幸運,能夠發現尚未出現出色解決方案的領域。
Tamara博士:MegaQ是否就是這種情況?
Dave:是的。MegaQ是面向模擬安全視頻,事實證明它是相當獨特的。我們已經有面向其他市場的手動調整均衡器,但安保人員想要自動化的解決方案:只需插入電纜,其余的事情就由MegaQ來做。市面上唯一單片解決方案的傳輸距離是有限的,但一些客戶將它與其自己添加的分立器件一起使用。另一些客戶使用分立解決方案,最先進的分立解決方案有微控制器來支持自動操作。
Tamara博士:你能畫一個示例電路圖來說明客戶解決該問題的方式嗎?
Dave:當然。它們使用圖1所示的基本均衡級。這樣的電路可使用手動開關或微控制器來自動控制它們。當然,自動化的意思是我們有一種算法來有效地控制均衡器。
Tamara博士:在你第一眼看到當前的客戶解決方案時,你是否想過你能在你的單片(單個集成電路)解決方案中包括多少這些元件?
Dave:盡可能多……
Tamara博士:是的,當然。但是,有哪些折衷權衡幫助團隊決定在封裝中集成哪些元件而將哪些元件留為外置?
Dave:這個問題問得真好。隨著當前技術水平的進步,客戶希望集成越來越多的元件。真正出色的芯片在電源上擁有旁路電容,此外別無差別。但在我們的例子中,所有問題集中于報廢風險。我們有一個樣品,我們有全芯片仿真,但它們和芯片本身并不完全相同。
例如,我們選擇對輸入使用外置耦合電容,以便我們能夠處理任何DC電平而不帶來任何問題。如果這些電容是在芯片上,則它們的DC范圍會更有限。隱藏的優勢的視頻箝位時間恒量現在由外置元件決定。
這對使產品適應高噪聲環境有很大幫助。現在我們能夠集成幾乎任何東西,但需要平衡成本和風險來確保我們得到適合銷售的產品。
?完全集成收發器半導體集成電路(IC)
?集成收發(T/R)開關和功率放大器
?與集成電路匹配的表面聲波(SAW)濾波器模塊
然而,必須注意這種高集成度芯片確保它們完全兼容,從而降低了電路設計工程師優化性能的靈活性。目前由芯片供應商提供的系統級確認也是極其重要的,以確保能夠產品的性能和滿足面世時間的要求。
系統設計
由第三代合作伙伴計劃(3GPP)開發的稱為3GPPTS45.005的GSM技術規范規定了最低射頻(RF)性能。在早期收發器系統的設計中,必須先將GSM技術規范正確地轉化為設計參數,然后對系統各部分起作用的每個單元分配預算。如果某個單元是單獨的器件,那么各器件供應商之間的技術指標應相互兼容以滿足總體性能目標的要求。在完全集成壓控振蕩器(VCO)、儲能電路和濾波器的收發器設計中,滿足系統級技術指標的責任在于芯片供應商。因此用合適的系統分析工具驗證系統體系結構非常重要。下表說明了對GSM收發器技術規范起主要作用的各單元電路的技術參數。
在利用共享RF頻譜資源時,其發射器部分應根據通信網絡性質受GSM技術指標的嚴格控制。這可以確保有效地管理網絡并且避免受手機用戶頻譜之間的影響而降低質量。最后必須使用頻譜屏蔽技術,這對于避免發射機在接受頻帶內產生阻塞其它用戶信道的無用雜散輸出或噪聲是必需的。轉換環路體系結構為發射部分提供一種高集成度解決方案,并且正確設計使得在發射部分無需外部濾波器。對于雙頻帶或四頻帶GSM設計其受益會更大。
從表1可看出,發射機的性能取決于收發器和功放的設計及實現。
當代收發器的接收機部分全部采用完全集成的有源電路。僅需的外部元件是接收機前端的開關和頻帶選擇SAW濾波器。濾波器用來在有很強的帶外阻塞信號情況下確保高性能。但是仍然存在個別難題,例如RF頻譜不受網絡運營商控制,因此其易受來自其它通信系統的大功率信號和其它電子設備(例如,微波爐和汽車點燃系統等)引起的干擾的影響。
如果為接收機選擇直接變頻體系結構,我們就會獲得幾項重要的益處,從而允許使用完全集成設計來滿足GSM規范。
?降低接收機信號鏈路的復雜程度
?需要單獨的本機振蕩器(LO)
?完全消除象頻
?位于基帶的中頻(IF)器件使用更小電流支持內置濾波功能
這種體系結構的優勢是為客戶帶來了高性能價格比的集成解決方案的好處。由于單獨的LO最大程度減小了晶振串擾和耦合(晶振串擾和耦合會降低選擇信道的靈敏度,產生有害的雜散響應或是造成手機在產品定型或網絡互通性測試階段失效的雜散發射),所以其具有高集成度解決方案的優點。這些問題難以預測并且對外部印制電路板(PCB)的設計或布線非常敏感。該體系結構的低復雜度也降低了設計風險和最終的功耗,從而延長了手機的待機時間。
器件選擇
如果手機設計工程師結合AD6548收發器和TriQuint公司的TQM6M4001發射模塊以及SAW濾波器模塊,則會很快達到1.5cm2GSM/GPRS高性能射頻設計的設計目標。
收發器IC
AD6548(Othello-G收發器)是美國模擬器件公司(簡稱ADl)直接變頻GSM收發器的最新產品,它采用5millx 5mm 32引腳LFCSP封裝。該芯片采用Othello技術構建,這種技術是1999年首次用于開放市場直接變頻的GSM射頻收發器。它將擁有專利權的電路設計、體系結構和系統知識結合起來解決了自動檢測、直流(DC)失調和壓控振蕩器(VCO)相位噪聲等老的難題。因此GSM射頻收發器大大減少了芯片數量并且降低了成本,而且無需IFSAW濾波器、VCO以及相關元件。AD65480thello-G收發器為GSM/GPRS射頻收發器設計的集成度和總體解決方案的尺寸建立了新的標準。Othello―G收發器是真正的四頻帶設計,具有用于850MHz、900MHz、1800MHz和1900MHz頻帶的獨立可編程增益低噪聲放大器(LNA)。用于發射頻帶和接收頻帶的本地振蕩(LO)發生器帶有內置的快速鎖定小數N分頻鎖相環(PLL)頻率合成器和集成的環路濾波器發射和接受壓控振蕩器(VCO)和儲能電路組成。AD6548也包含一個內置晶體振蕩器和校準系統,從而無需使用傳統的外部壓控式溫度補償晶體振蕩器(VCTCXO)并且降低了成本。這種變換環路發射器體系結構無需在收發器和功放之間使用外部濾波。
AD6548在電源管理方面具有極具吸引力的特性,其將用于收發器的低壓差(LDO)穩壓器完全集成到芯片內。這意味著芯片可以直接與電池電源相連,而無需附加的外部元件和復雜連接。LDO和芯片的電源控制全部由共用串行接口總線完成,從而無需附加的外部芯片并且確保射頻和LDO時序命令要求之間的同步,以便在過渡期間對功耗進行嚴格控制。
開關與功率放大器
先進的處理能力、封裝形式和設計技術使高集成度模塊切實可行,從而減小電路尺寸并且提高性能。Triquint公司的TQM6M4001發射模塊采用市場上最小的封裝尺寸-6×6×1.1mm―集成了收發器和天線之間的所有RF發射功能,它與具有競爭力的解決方案相比大大減小了電路尺寸。TQM6M4001發射模塊體系結構和接口適合于AD6548之類的收發器,并且確保在手機PCB板上實現最佳布線。
TQM6M4001模塊采用了分立的GSM850/900和DCSl800/PCSl900功放模塊以及當代功率放大器模塊中的集成功率控制。此外,它還具有低插入損耗四頻帶pHEMT開關、發射端諧波濾波、集成開關解碼器、四個接收端口以及實現完整RF發射所必需的全部防靜電放電(ESD)功能。TQM6M4001發射模塊無需進行外部功放匹配。
TriQuint公司采用了6英寸封裝的GaAs處理器設計其電路,包括分別用于PA、低通濾波器(LPF)和開關的InGaPGaAsHBT和GaAspHEMT。其中PA和開關的所有控制功能都集成在其CMOS專利設計中。該發射模塊是基 板結構,所有的管芯通過引線鍵合相連。TriQuint公司通過使用集成技術業界率先減小了電路尺寸以避免在模塊中使用所有的匹配和偏置表面粘元件(SMD)。TQM6M4001發射(Tx)模塊的主要設計目標是進一步提高GSM/GPRS%作在所有四個頻帶時完整發射鏈路的DC和RF性能,并且比單獨的PA和天線開關模塊陣列增強了性能。
SAW濾波器和匹配模塊
正如前面所描述的,前端電路設計對于接收器性能極其重要。通常這需要很多器件。在每一個頻帶都需要一個SAW濾波器和四個LNA匹配器件,因此四頻帶設計需要16個器件,從而占用了相當大的PCB面積。由于前端電路對SAW濾波器和LNA輸入電路很敏感,通常需要經驗豐富的RF工程師調整匹配模塊以獲得滿意的性能,這卻是一件非常耗時的工作。
當今已經出現了另一種可行的方法以提供優良的解決方案。由日本富士通公司、日本村田公司、美國SAWTEK和廈門EPCOS有限公司等全球領先供應商提供的模塊工藝允許將SAW濾波器和匹配電路完全集成在5mmx3mm的封裝尺寸內。這種方案除了減小PCB面積并且縮短設計時間外,還通過縮短芯片間距離以減小PCB印制線上的寄生效應,從而提高性能。供應商通過插入替換封裝的芯片可以提供雙、三和四頻帶解決方案,從而為各種類型手機設計提供低成本高性能解決方案。
為了優化LNA匹配,收發器供應商將為模塊生產廠商提供LNA輸入的精確s―參數,包括鍵合線和封裝寄生效應。使定制的器件以與具體的IC嚴格匹配。微調、測試和驗證由兩家供應商共同完成,并且完成參考設計中評估的解決方案。這種方案對于手機生產廠商具有明顯的優勢,因為甚至在手機設計之前都完成了設計任務,因此縮短了產品的面世時間并且減小了封裝尺寸。
系統級驗證
RF系統設計和實現一旦完成,下一個重要的步驟是完成全面驗證。首先對基本RF參數做驗證,例如噪聲指數,IP2和IP3等,但是這種驗證純粹是為了確保要求的設計參數得到滿足。主要測試參數應該集中在GSM規范中的系統驗證等級。這只能通過測試使用基帶芯片組和GSM軟件協議棧的完整參考設計來實現。必須對通話成功地提供一臺測試儀器以完成所要求的回送誤碼率(BER)測試。
Rohde&SchwarzCMU200射頻收發通信測試儀器或類似儀器可用來進行基本的測試,因為它們能夠依照GSM規范快速精確地測量參數。使用一臺測試設備的局限性在于無法完成雜散發射、接收器阻塞、AM波抑制、交互失真以及相鄰通道測試。如果一款手機在產品定型驗證階段沒有滿足這些測試要求,則會導致成本和時間的浪費。因此我們需要一個比較高級的測試設備,如圖4所示。
為了確保快速、可重復并且精確測試表性參數對溫度和電壓的變化,需要一臺自動化實驗室測試設備是最基本要求。該設備由開關箱和濾波器組控制的GPIB總線、個人計算機(PC)和控制儀器儀表的軟件控制程序以及將數據處理成容易檢查格式的數據格式存儲器組成。這對于信道總數達975的四頻帶GSM手機設計是必需的。每一個信道都需要做大量的測試,每一次測試都需要大量的數據點來完成測試。這樣產生了大量的數據點,因此后處理和格式化也是非常重要的,以便快速處理測試結果并且得出結論。
在測試過程中干擾信號遠遠大于有用信號(例如阻塞信號或鄰道干擾),測試設備的相位噪聲可能會影響測試結果。既然這樣,在開關盒中需要增加濾波功能。我們也為測試設備增加一個衰落模擬器以完全符合GSM要求。
測試結果
下面的測試結果是在ADI公司的AD6548硬件平臺上使用前面描述的自動測試設備測出的。這樣能夠全面、快速地評估和優化參考設計,以加速客戶的設計周期。對于GSM最高頻段PCSl900的主要測試曲線總結如下。
以上曲線表明測試結果超過GSM規范具有充分的裕量。這為手機制造商提高了產量同時為客戶改進了性能。例如,靈敏度比GSM規范-102dBm具有高出7.1dB的裕量,但這是靜態靈敏度測量。一旦包括了衰落條件,雖然取決于基帶,通常還需要超過SNR3dB。本RF設計仍可超過性能裕量4dB。阻塞測試結果還表明具有超過GSM規范2%優良的BER裕量,甚至使用了超過GSM規范要求2dB的阻塞測試儀。
在發射器端,調制頻譜表明了極好的測試結果。例如在400kHz頻率偏移時具有大于5dB的裕量,隨著頻譜向外擴展會產生更大的裕量。RMS值和峰值相位誤差也具有足夠的裕量,分別超過規范5°和20°。
關鍵詞:集成電路;可測性設計
1.引言
集成電路測試關系到集成電路產品設計、生產制造及應用開發各個環節,如果集成電路測試問題解決得好,可以縮短產品的研制開發周期,降低產品的研制、生產與維修成本,確保產品的性能、質量與可靠性。在對有幾千個或非門構成的電路在考慮和不考慮可測性設計條件下,測試生成的成本與電路規模的關系曲線如圖(1)所示。圖中DFT代表可測性設計,UT代表無拘束設計。從圖中可看出,對于無拘束設計,有關的測試成本隨電路規模的增大成指數上升;而采用可測性設計的電路,測試費用與規模基本上是線性增長關系。
圖(1)測試生成成本與電路規模關系曲線圖
因此深入電路系統的可測性理論與設計方法的研究,對于發展復雜性越來越大的現代電子電氣裝備,提高其可靠性,降低復雜電子電氣系統全壽命周期費用有特別重要的戰略意義、實際應用價值。
2.電路可測性設計概況
2.1電路可測性設計發展。電路系統測試與故障診斷于20世紀60年代在軍事上首先開始研究以滿足軍事裝備的維修與保養需要。美國國防部于1993 年2 月頒發MIL―STD―2165A《系統和設備的可測性大綱》,大綱將可測試性作為與可靠性及維修性等同的設計要求,并規定了可測試性分析、設計及驗證的要求及實施方法。該標準的頒布標志著可測試性作為一門獨立學科的確立。盡管可測性問題最早是從裝備維護保障角度提出,但隨著集成電路(IC)技術的發展,滿足IC 測試的需求成為推動可測性技術發展的主要動力。從發展趨勢上看,半導體芯片技術發展所帶來的芯片復雜性的增長遠遠超過了相應測試技術的進步。因此,復雜芯片系統的測試和驗證問題將越來越成為其發展的制約、甚至瓶頸。面對復雜性增長如此迅速的芯片技術,將測試和驗證問題納入芯片設計的范疇幾乎成為解決該問題的唯一的途徑,這也是目前可測性設計技術和相應的國際標準(IEEE1149)在近年來得到快速發展的原因。
2.2 電路可測性設計概念。可測試性設計(Design for Testability,簡稱DFT),指在集成電路的設計階段就考慮以后測試的需要,將可測試設計作為邏輯設計的一部分加以設計和優化,為今后能夠高效率地測試提供方便。DFT主要技術是:轉變測試思想,將輸入信號的枚舉與排列的測試方法轉變為對電路內各個節點的測試,即直接對電路硬件組成單元進行測試;降低測試的復雜性,即將復雜的邏輯分塊,使模塊易于測試;斷開長的邏輯鏈,采用附加邏輯和電路使測試生成容易,改進其可控制性和可觀察性,覆蓋全部硬件節點;添加自檢測模塊,使測試具有智能化和自動化。
測試考慮是集成電路設計中最辣手的問題之一,設計的可測性是指完整測試程序的生成和執行的有效性。評價一個設計的可測性的基本要素有:故障診斷、功能核實、性能評估以及可控性和可觀性。可測性設計通常包含三個方面:(1)測試矢量生成設計,即在允許的時間內產生故障測試矢量或序列。(2)對測試進行評估和計算。(3)實施測試的設計,即解決電路和自動測試設備的連接問題。可測性設計或面向測試的設計(DFT)通常包括設計測試電路和設計測試模版兩類。測試電路的設計準則是:以盡可能少的附加測試電路為代價,獲得將來制造后測試時的最大化制造故障覆蓋率。其目的是簡化測試、加速測試、提高測試的可信度。測試模版的設計準則是:選擇盡可能短的測試序列,同時又擁有最大的制造故障覆蓋率。
3.電路可測性設計方法簡介
(1)掃描路徑法。掃描路徑法是一種應用較廣的結構化可測性設計方法,由Williams和Angell于1973年提出的,主要是解決時序電路的測試問題。基于掃描路徑設計的電路,只需對組合電路部分和不在掃描路徑上的觸發器進行測試,而處于掃描路徑上的觸發器的測試方法和測試圖形是固定形式的,不需要測試生成。掃描路徑法的優點:電路容易初始化;改善了電路的可測性;減少了測試生成過程;測試中把時序電路轉化為組合電路,極大地降低了時序電路測試的復雜程度,得以廣泛應用。掃描路徑法不足之處:需要增加額外的電路面積和I/O引腳,而且串行掃描移入和移出方式導致測試時間非常長。掃描路徑設計是以犧牲電路的其他方面為代價的,因而就有成本問題。
(2)邊界掃描法。邊界掃描法把掃描路徑法擴展到整個板級或系統級,是JTAG(Joint Test Action Group)為了解決IC之間或PCB之間連接的測試問題提出的一種掃描方法。邊界掃描標準對數字集成電路以及混合集成電路的數字電路部分提供規范化的測試存取端口和邊界掃描結構,一是試圖對板級、基于復雜的數字集成電路和高密度的表面貼片技術的產品提供測試解決方案,二是對具有嵌入式可測性設計特征的數字集成電路提供測試存取和測試控制方法。邊界掃描法同掃描路徑法類似,基于邊界掃描設計法的元器件的所有與外部交換的信息(指令、測試數據和測試結果)都采用串行通信方式,允許測試指令及相關的測試數據串行送給元器件,然后允許把測試指令的執行結果從元器件串行讀出。邊界掃描技術中包含了一個與元器件的每個引腳相接,包含在邊界掃描寄存器單元中的寄存器鏈,這樣元器件的邊界掃描信號可用掃描測試原理進行控制和觀察,這就是邊界掃描的含義。
(3)內建自測試法(BIST)。在電路內部建立測試生成、施加、分析和測試控制結構,使得電路能夠測試自身,這就是內建自測試。BIST方法分為:在線BIST(測試在電路正常功能條件下進行)和離線BIST(測試不在電路的正常功能條件下進行)。離線BIST可以應用在系統級、板級和芯片級測試,也可以用在制造、現場和操作級測試,但不能測試實時故障。內建自測試克服了傳統測試方法的缺點,如:測試生成過程長;測試施加時間長(隨電路的大小呈指數增加);測試成本高(需要測試設備進行測試施加和響應的捕獲);測試復雜度高;故障覆蓋率低等。BIST存在一些優點,然而增加了芯片的硬件開銷,而且可能對原電路的功能造成一定影響。BIST廣泛用于集成電路可測性設計中。
4.結束語
數字系統的故障診斷和可測性設計的理論和實踐一直是電子技術中一個非常活躍的領域。雖然,近年來可測性設計技術得到了較大的發展,但遠遠跟不上復雜性越來越大的實際電路系統測試與維修的需要,可測性理論與方法也還有待深入研究和進一步完善。因此加大電路系統的可測性理論與設計方法的研究力度,深入研究復雜電路系統可測性建模與評估方法,PCB、模擬與數模混合信號系統、芯片系統的可測性理論與方法,研制高質量、低成本的集成電路故障測試技術的發展變得越來越具有緊迫性和挑戰性。
參考文獻
[1] 劉峰,梁勇強.大規模集成電路可測性設計及其應用策略.玉林師范學院學報,2005,(5):29一33
MC34940電場集成電路
MC34940能為設計人員提供更強大的功能,幫助他們開發需要非接觸感應的嵌入式系統。MC34940 電場集成電路可用于進行就近性檢測和三維電場感應。同時,它還可以觸發各種功能,例如打開或關閉開關、禁用功能或取消告警,以提示咖啡壺、吹風機和剪草機等設備的危險情況。
MC34940采用SMARTMOS技術制造,支持多達7個簡單電極,它們能夠獨立使用,以提供信息,同時執行多項功能。例如,在冰箱應用中的電場設備能夠:
支持冰箱內的水和冰的觸摸屏選擇
進行就近性檢測,控制水和冰的分配
打開冰箱門面板燈
控制解凍和制冰
檢測冰箱門是否未關嚴
MC34940是市場上惟一帶有板上屏蔽驅動的感應集成電路,適用于要求更為苛刻的應用。這種屏蔽信號能夠防止電極信號遭受外部干擾。例如,采用同軸電纜,電極可以是遠程的,卻可進行非常準確的測量,如同觸摸墊非常接近IC。
MC34940有多種應用,比較先進的應用包括觸摸板輸入,其中的電場感應集成電路嵌在玻璃中或觸摸板后面。這種方法不需要薄膜開關或昂貴的多層電阻式觸摸板。磨損、灰塵和腐蝕等問題也得到解決,因為輸入可被感應,而不需要接觸到裝置。這種特性在極限溫度和腐蝕液體的惡劣環境中尤其有用。
MC34940的技術特征
支持多達7個電極
支持多達28個觸摸板感應器
直線和轉動觸摸板滑動觸頭
就近性檢測
液面感應
一種設備同時支持多功能應用
屏蔽驅動,通過同軸電纜驅動遠程電極
高純度正弦波發生器,可以使用外部電阻調諧
響應時間可以通過外部電容器調節
可重新編程的用戶界面
24針腳小型集成電路 (SOICW) 封裝
符合無鉛和有害物質限制(RoHS)法規
MC34940電場傳感器件演示套件
飛思卡爾提供MC34940評估工具箱DEMO1985MC34940E,有助于縮短客戶的系統開發周期,包括:MC34940評估板、驅動程序光盤、接口和程序軟件。
演示套件包含MC34940電場傳感器件,該器件適用于需要對物體進行非觸摸式感應的應用。它包括用于產生低電平電場和測量進入該電場的物體引起的電場負載的必要電路。該套件便于設計師在任何應用中輕松評估MC34940。連接器可連接所有電極,使你能夠連接自己設計的觸摸鍵裝置或其它電極組合。
其實,在電場成像集成電路的技術領域,飛思卡爾一直致力于技術的研發。早在MC34940推出之前,飛思卡爾就和麻省理工學院(MIT)媒體實驗室和Elesys北美公司聯合開發了同類型的集成電路MC33794。MC33794雖然功能沒有MC34940強大,但是同樣也有非常精密的技術和廣泛的應用領域,為設計人員提供更多的選擇。從下文中我們可以清晰地了解MC33794的技術特點和應用領域。
MC33794:提供MCU支持的電場傳感器
MC33794適用于需要對物體進行非觸摸式感應的應用。它包含了所有必需的電路,能夠生成低水平電場,測量由于物體在電場中移動而造成的電場負載。MC33794還可用于檢測與電極相關的電場中的物體。集成電路可以產生一個低頻正弦波。其頻率可通過使用外部電阻來進行調節,并優化到125 KHz。正弦波的諧波含量非常低,可以避免產生諧波干擾。內部產生器可以產生5.0 V的峰-峰輸出電壓,并通過大約22KΩ的內部電阻。MC33794包含有MCU的支持電路,可以建立兩芯片電場系統。
MC33794適用領域:
1. 家用電器可輕松植入自動開關功能。如果在電吹風的手柄上嵌入幾個電極,那電吹風被拿起時就會自動啟動,而被放下時又會自動斷電關閉。另外還可嵌入更多的電極,并定義這些電極的功能,從而能讓使用者通過輕微觸動這些電極,來控制吹風的溫度或速度。
2. 能夠方便地實現包括液位檢測、溢出檢測和濕度檢測等應用。例如,可對爐火進行編程控制,當爐上的液體被加熱至沸騰溢出時,爐火能夠自動減小或關閉。
3. 應用在觸摸屏輸入中,而無需薄膜開關或昂貴的多層電阻式觸摸板,也無需接觸式的機械裝置就可以感應到輸入情況,因而能消除接觸式機械裝置常碰到的磨損、灰塵和腐蝕等問題。
4. 在汽車安全中的應用。Elesys公司在其SeatSentry乘客保護系統中采用了摩托羅拉的MC33794電場式成像芯片來探測乘客的身型和位置,以決定是否需要彈出安全氣囊,避免乘客因氣囊彈出而受傷。
MC33794特性:
9個電極和2個參考輸出
屏蔽驅動以降低電纜負載
+5.0 V穩壓器為外部電路供電
ISO-9141物理層接口
燈泡驅動輸出
看門狗和通電重置定時器
關鍵內部節點可以選擇,以進行測量
高純度正弦波發電機,可以通過外部電阻調節
優點
簡單低成本的完整電場產生和檢測系統
支持MCU的雙芯片解決方案
整個系統非常緊湊
當前,無論在國內國外,SoC設計領域都已展開激烈競爭。SoC按實現技術可分為三類: 一類是CSoC,以學術研究機構為主導,注重體系結構探索性工作; 另一類是SoPC,以FPGA廠商和科研機構為主導,適合多品種少批量產品開發; 第三類是ASIC SoC,以微處理器和芯片設計公司為主導,追求良好的性價比,適合大批量規模生產; 其他如PSoC等均可歸入SoPC類。
伴隨后PC時代的到來,信息家電的迅猛發展,這些對芯片提出了更高的要求,SoC的應用市場也隨之擴大。SoC的主要應用領域有計算機類、通信類、消費類、工控類、交通運輸類。計算機類如圖像、硬盤驅動、打印機、個人助理等; 通信類如有線網、無線網、手機、可視設備、通信基站等; 工控類如控制/處理、測試儀表、醫療設備、監控系統等; 交通運輸類如引擎控制、儀表裝置、安全系統等。
據預測,SoC銷售額將從2002年的136億美元增長到2007年的347億美元,年增長率將超過20%。
國外注重聯盟
隨著SoC應用的不斷普及,市場需要更加廣泛的SoC設計。SoC提供商不僅必須拓展系統內部設計能力,而且要將直接開發的SoC設計套件和方法提供給客戶。因此,SoC設計逐漸從ASIC方向向可編程方向發展。
德州儀器(TI)首席戰略科學家Gene A. Frantz認為理想的SoC發展策略應該分幾步: 許多器件較少器件更少器件單個器件。TI在 Bluetooth、DSL、手機、視頻等方面都成功地實現了這樣的發展過程。其Bluetooth BRF6150在0.5cm2的芯片上全面集成了邏輯、內存、模擬、電源管理與RF功能,并且實現了低成本、低功耗和高性能。DSL AR7一顆芯片集成了大約150個分立組件。單芯片手機解決方案將數字基帶、內存、邏輯、RF、電源管理、模擬基帶集于一身,是業界首款采用數字RF技術的GSM手機芯片。視頻DM642 將10個IC集于一片,減少了材料清單,降低了制造成本,可大大縮短產品的開發時間。
意法半導體、飛利浦與飛思卡爾合作開發和驗證高級片上系統的知識產權(IP),合作的目標是縮短當今系統所需要的日益復雜的芯片上市時間。三家聯盟合作伙伴計劃在多個地點建立設計庫和知識產權合作伙伴關系(LIPP)。知識產權合作伙伴關系將提供和支持高價值、可重復利用的SoC IP模塊,以供聯盟合作伙伴在其65nm CMOS節點以上的系統設計中使用。共同開發這些需要大量設計的標準IP模塊意味著,每個Crolles2聯盟成員在為客戶提供高級SoC時可以專注于各自的系統級功能。利用Crolles2聯盟合作伙伴的SoC解決方案可以更早實現更先進的多媒體和通信功能,因此消費者能夠從中受益。在SoC架構和IP重利用方面,知識產權合作伙伴關系聯盟還將協調聯盟合作伙伴參加業界標準化活動,如基于工具流的封裝結構、集成和IP重用聯盟(SPIRIT)、開放式系統C計劃 (OSCI)和通用的片上總線結構――虛擬插座接口聯盟(VSIA)。
國內市場擴大
中國集成電路產業已經成為全球半導體產業關注的焦點,在巨大的市場需求、較低的生產成本、豐富的人力資源,以及穩定的經濟發展和優越的政策扶持等眾多優勢條件下取得了飛速發展。由集成電路產業帶動的計算機、通信、消費類電子、數字化3C技術的融合以及計算機和互聯網的廣泛應用孕育了大量的新興產業,為我國國民經濟的持續、快速發展注入了新的活力。
國內移動通信類SoC的開發主要集中在華為、中興、大唐等通信公司,數字家電類SoC的開發主要集中在海爾、華大、華虹等公司。
中國在高新技術研究發展項目863計劃中,把SoC作為微電子重大專項列入了2000~2001年度信息技術領域的重大專項預啟動項目,并在IP核的開發、軟硬件協同設計、IP復用、VDSM設計、新工藝新器件等方面布置了預研性課題,其中IP核的設計和制造是SoC技術中最為關鍵的部分。
國內SoC研制開發者主要基于MIPS系列和類指令系列,如中科院計算所中科SoC(基于龍芯CPU核,兼容MIPSIII指令集)、北大眾志(定義少許特殊指令)、方舟2號(自定義指令集)、國芯C*Core(繼承M*Core)等,提供了面向不同應用領域的解決方案。方舟與國芯走低功耗發展之路,北大眾志走嵌入式發展之路,中科院計算所走高性能系統集成發展之路。
面臨挑戰
近幾年來,世界各國雖然推出多種SoC,但是SoC產業還是處于起步發展階段,存在以下需要解決的問題。
■ 制造商與用戶的關系: 芯片制造商在構思新品時就要讓用戶參與。在SoC設計時,要超前與用戶共同商量和研究,這就涉及一個高度信任的問題,為了做好用戶的保密工作,有的公司安排不同的設計組,并指定專人與用戶接觸,不得隨意擴散。
■ 缺乏復合型人才: SoC的設計實際上是一個系統的設計,要求設計者具有寬廣和專業的知識,既要具有模擬電路專長,又要具有數字電路特長,還要具有豐富軟件知識。
■ EDA工具能力: 目前EDA工具還不夠成熟,其處理能力已跟不上SoC工藝的發展,未能充分發揮SoC的性能。設計優化和高效率的IP表達法將是EDA產業未來應予解決的問題。
■ IP兼容性與多樣化: 現行標準能否兼容以前設計的IP, 如何使用其他公司開發的IP,能否制訂出一個IP設計和再利用的國際標準等問題都有待于進一步解決。
■ 測試、封裝與散熱的要求: SoC 芯片內部非常復雜,研發制造的技術一直處于持續改進的狀態,涉及數字和模擬電路的綜合測試,測試技術難度較大,使得系統芯片的測試成本幾乎占芯片成本的一半,因此未來集成電路測試面臨的最大挑戰是如何降低測試成本。
SoC芯片在測試上遇到的前所未有的難題有: (1)晶體管的數量越來越多;(2)為了符合顧客的需求,芯片所提供的功能越來越多;(3)各個不同功能模塊運作的頻率往往不同;(4)各功能模塊所使用的電壓也可能不同;(5)各功能模塊的測試原理也不相同。
如何能有效進行SoC 芯片的測試工作,是學術界、產業界與各個研究單位都在努力解決的問題。目前有一種方法,叫做內置自檢(BIST, Build-In Self Test)。在芯片的設計階段,把自檢測試的原理考慮進去,在制造芯片中加入一些額外的自檢測試電路。另一種方法是傳統的測試技術。這對測試系統所具有的能力也要求較高,測試設備本身必須要具備測試各種不同功能模塊的能力。這兩種測試可大大縮短測試開發時間和降低測試費用。還有一種降低成本的測試方式是采用基于故障的測試。
作為基于IP核的設計,SoC設計主要向兩個方向發展: 一是以可重用IP核為基礎的系統級設計,這主要關心IP核間的互連性; 二是以設計可重用IP核為目的的IP核設計,這主要關心IP核的可重用性,同時也是SoC設計的又一個挑戰。