Hochgeschwindigkeits-Datenkonverter beschleunigen Automobil- und 5G-Produkte

Während der Trend zu System-on-Chip (SoC) schon seit geraumer Zeit Fahrt aufnimmt, ist der Haupttreiber die Integration digitaler Komponenten, vorangetrieben durch das Mooresche Gesetz. Die Integration immer mehr digitaler Schaltkreise in einen einzigen Chip hat sich aus Gründen der Leistung, des Stromverbrauchs, des Formfaktors und der Wirtschaftlichkeit stets als vorteilhaft erwiesen. Daher wurden die digitalen Komponenten eines Systems immer wieder in einen SoC integriert, während viele der analogen Funktionen immer noch auf separaten Chips belassen wurden, und das aus guten Gründen. Zum einen profitierten analoge Schaltkreise nicht im gleichen Maße von der Prozessskalierung wie digitale Schaltkreise mit jedem fortschreitenden Prozessknoten. Zum anderen blieb die allgemeine Verfügbarkeit analoger Funktionen als IP-Blöcke auf fortgeschrittenen Prozessknoten zurück, da die Portierung analoger Funktionen auf FinFET-Knoten als schwieriger angesehen wurde. Dies ist einer der Gründe für das enorme Wachstum von Halbleiterunternehmen, die analoge ICs anbieten.

Viele der heutigen Anwendungen erfordern Edge-Processing und stellen sehr anspruchsvolle Anforderungen, sei es im Automobilbereich, bei KI oder 5G. Es wird erwartet, dass die Produkte eine höhere Leistung bei geringerer Latenz liefern, weniger Strom verbrauchen, einen kleineren Formfaktor haben und zu attraktiven Preisen erhältlich sind. Dies veranlasst viele Halbleiterunternehmen, nach innovativen Möglichkeiten zu suchen, um mehr analoge Funktionalität in einen SoC zu integrieren.

In diesem Zusammenhang wäre eine Präsentation auf dem jüngsten TSMC OIP-Forum für Systemarchitekten und SoC-Designer gleichermaßen von Interesse. Der Vortrag wurde von Manar El-Chammas gehalten, Vizepräsident für Technik bei Omni Design Technologies.

Omni-Design-Technologien

Omni Design führt Innovationen auf mehreren Ebenen durch, von Designs auf Transistorebene bis hin zu Algorithmen. Ihre IP-Angebote richten sich an mehrere Märkte, darunter 5G, Automobil, KI, Bildsensoren usw.

Das IP-Portfolio von Omni Design besteht aus Analog-Digital-Wandlern (ADCs) und Digital-Analog-Wandlern (DACs) mit Auflösungen von 6-Bit bis 14-Bit und Abtastraten von einigen Mega-Samples/Sekunde (Msps) bis 20+ Giga-Samples/Sekunde (Gsps). Omni Design bietet auch komplette analoge Frontends (AFEs) an, die mehrere ADCs und DACs, PLLs, PVT-Monitore, PGAs, LDOs und Bandgap-Referenzen umfassen können. Das vollständig integrierte AFE-Makro ermöglicht die nahtlose Integration der analogen Komponenten in SoCs.

Übergang von Boards zu SoCs

In vielen der zuvor identifizierten Anwendungen gibt es in der Branche einen deutlichen Wandel hin zur Integration analoger Funktionen von PC-Boards in SoCs. Diese Anwendungen erfordern eine höhere Leistung, einen geringeren Stromverbrauch und Chips mit kleinerem Formfaktor. Die Integration weiterer Komponenten in das SoC trägt dazu bei, die Systemkosten und die Stücklistenkomplexität zu reduzieren. Eine integrierte Lösung sorgt dafür einfachere Uhrensynchronisation von ADC-Arrays und hervorragende Anpassung zwischen den Kanälen. Eines der wichtigsten Dinge, die diese integrierten SoCs Wirklichkeit werden ließen, ist natürlich die Verfügbarkeit von Datenkonvertern mit hoher Auflösung, hoher Abtastrate und extrem geringem Stromverbrauch in fortgeschrittenen FinFET-Prozessknoten.

Ermöglichende Technologie

Anwendungen wie 5G und Automobil-LiDAR erforderten Hochgeschwindigkeits-Datenkonverter mit hoher Auflösung, die eine hohe Linearität über 60 dB SFDR und 60 dB IMD3 sowie eine niedrige NSD aufrechterhalten. Durch den Einsatz einer Vielzahl proprietärer und patentierter Lösungen ist Omni Design in der Lage, diese strengen Anforderungen zu erfüllen. Beispielsweise kann ihre bewährte SWIFT™-Technologie im Vergleich zu konventionelleren Lösungen sowohl Leistungs- als auch Geschwindigkeitseffizienz bieten. Siehe Abbildung unten. Ein Vergleich mit herkömmlichen Verstärkern ist in der Tabelle dargestellt. Die SWIFT-Technologie ermöglicht das Bootstrapping der Referenzkondensatoren, um die Gesamtleistung des Verstärkers zu optimieren. Dadurch ist Omni Design in der Lage, Hochleistungs-Datenkonverter mit extrem geringem Stromverbrauch zu entwickeln.

Analog-Front-End-Integration (AFE) in Advanced Node SoC

5G und Automotive sind zwei der vielen unterschiedlichen Wachstumsmärkte, die das IP-Portfolio von Omni Design adressiert. Wie bereits erwähnt, liefert Omni Design einzelne IP-Blöcke und ganze AFE-Subsysteme.

Ein komplettes AFE-Subsystem, das Omni Design anbietet, ist für den Einsatz in 5G-SoCs vorgesehen. Das Subsystem umfasst alles, was im Signalverarbeitungspfad zwischen der Antenne und dem digitalen Signalverarbeitungsblock (DSP) benötigt wird. Ein allgemeines Blockdiagramm eines 5G-Subsystems finden Sie in der Abbildung unten.

Ein weiteres komplettes AFE-Subsystem, das Omni Design anbietet, ist für den Einsatz in Automotive-LiDAR-SoCs vorgesehen. Das Subsystem umfasst alles, was im Signalverarbeitungspfad zwischen der Fotodiode und dem DSP benötigt wird. Ein allgemeines Blockdiagramm eines LiDAR-Subsystems finden Sie in der Abbildung unten.

LeddarTech®, ein weltweit führender Anbieter von ADAS- und AD-Sensortechnologie der Stufen 1–5, integriert das AFE-Subsystem von Omni Design in seinen LiDAR-SoC für die Automobilindustrie. Omni Design vor kurzem kündigte die allgemeine Verfügbarkeit eines kompletten Empfänger-Frontends für einen LiDAR-SoC an.

Zusammenfassung

Automotive und 5G erfordern leistungsstarke ADCs und DACs in FinFET-Prozessknoten für die Integration in SoCs. Die modulare Architektur und die proprietären Technologien von Omni Design tragen dazu bei, diese als IP-Kerne und vollständige Subsysteme für eine einfache SoC-Integration bereitzustellen. Diese IP-Kerne sind hinsichtlich Leistung, Leistung und Fläche/Formfaktor optimiert und weisen einen niedrigen NSD und einen hohen SFDR auf, wie in Silizium gezeigt. Kunden haben die IP-Blöcke und/oder komplette Subsysteme von Omni Design in ihre SoCs integriert.

Möglicherweise interessieren Sie sich für einige der jüngsten Ankündigungen von Omni Design. Eine Pressemitteilung über ihren Kunden MegaChips kündigt die Integration von Hochleistungs-Datenkonvertern mit extrem geringem Stromverbrauch in sein Automotive-Ethernet-SoC an für den Vehicle-to-Everything (V2X)-Kommunikationsmarkt. Eine weitere Pressemitteilung zum Thema Verfügbarkeit ihrer Lepton-Familie von Hochleistungs-ADCs und DACs auf TSMC 16-nm-Technologie.

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