Convertisseurs de données haute vitesse accélérant les produits automobiles et 5G

Alors que la tendance aux systèmes sur puce (SoC) s'accélère depuis un certain temps, le principal moteur a été l'intégration de composants numériques, stimulée par la loi de Moore. L'intégration de plus en plus de circuits numériques dans une seule puce a toujours été bénéfique pour les performances, la puissance, le facteur de forme et les raisons économiques. Par conséquent, les composants numériques d'un système continuaient à être intégrés dans un SoC alors que de nombreuses fonctions analogiques étaient encore laissées sous forme de puces séparées et pour de bonnes raisons. D'une part, les circuits analogiques n'ont pas bénéficié de la mise à l'échelle du processus dans la même mesure que les circuits numériques avec chaque nœud de processus en progression. D'autre part, la disponibilité générale des fonctions analogiques en tant que blocs IP sur les nœuds de processus avancés était à la traîne, car le portage analogique vers les nœuds FinFET était considéré comme plus difficile. C'est l'une des raisons de la formidable croissance des sociétés de semi-conducteurs fournissant des circuits intégrés analogiques.

De nombreuses applications d'aujourd'hui nécessitent un traitement en périphérie et ont des exigences très strictes, que ce soit dans l'automobile, l'IA ou la 5G. Les produits devraient offrir des performances supérieures avec une latence plus faible, consommer moins d'énergie, avoir un facteur de forme plus petit et être disponibles à des prix attractifs. Cela pousse de nombreuses entreprises de semi-conducteurs à rechercher des moyens innovants d'intégrer davantage de fonctionnalités analogiques dans un SoC.

C'est dans ce contexte qu'une présentation au récent TSMC OIP Forum intéresserait aussi bien les architectes système que les concepteurs de SoC. La conférence a été donnée par Manar El-Chammas, vice-président de l'ingénierie chez Omni Design Technologies.

Technologies de conception omni

Omni Design innove à plusieurs niveaux, des conceptions au niveau des transistors aux algorithmes. Leurs offres IP adressent de multiples marchés dont la 5G, l'automobile, l'IA, les capteurs d'images, etc.

Le portefeuille IP d'Omni Design comprend des convertisseurs analogique-numérique (ADC) et des convertisseurs numérique-analogique (DAC) allant de résolutions de 6 bits à 14 bits, et des taux d'échantillonnage de quelques méga échantillons/seconde (Msps) à Plus de 20 giga échantillons/seconde (Gsps). Omni Design propose également des frontaux analogiques complets (AFE) qui peuvent inclure plusieurs ADC et DAC, PLL, moniteurs PVT, PGA, LDO et références de bande interdite. La macro AFE entièrement intégrée permet une intégration transparente des composants analogiques dans les SoC.

Passer des cartes aux SoC

Il y a une évolution significative dans l'industrie vers l'intégration des fonctions analogiques des cartes PC dans les SoC dans de nombreuses applications identifiées précédemment. Ces applications nécessitent des performances plus élevées, une puissance inférieure et des puces à facteur de forme plus petit. L'intégration d'un plus grand nombre de composants dans le SoC permet de réduire le coût du système et la complexité de la nomenclature. Une solution intégrée permet synchronisation d'horloge plus facile de matrices ADC et une excellente correspondance entre les canaux. L'un des éléments clés qui a fait de ces SoC intégrés une réalité est bien sûr la disponibilité de convertisseurs de données haute résolution, à taux d'échantillonnage élevé et ultra-basse consommation. dans les nœuds de processus FinFET avancés.

Technologie habilitante

Des applications telles que la 5G et le LiDAR automobile nécessitaient des convertisseurs de données haute vitesse et haute résolution qui maintiennent une linéarité élevée sur 60 dB SFDR et 60 dB IMD3 et faible NSD. Grâce à l'utilisation d'une variété de solutions propriétaires et brevetées, Omni Design est en mesure de répondre à ces exigences strictes. Par exemple, leur technologie SWIFT™ éprouvée peut fournir à la fois une puissance et une vitesse efficaces par rapport à des solutions plus conventionnelles. Reportez-vous à la figure ci-dessous. Une comparaison avec un amplificateur conventionnel est présentée dans le tableau. La technologie SWIFT permet d'amorcer les condensateurs de référence de manière à optimiser les performances globales de l'amplificateur. En conséquence, Omni Design est en mesure de développer des convertisseurs de données ultra-basse consommation et hautes performances.

Intégration du frontal analogique (AFE) dans le SoC de nœud avancé

La 5G et l'automobile sont deux des nombreux marchés en croissance auxquels s'adresse le portefeuille IP d'Omni Design. Comme mentionné précédemment, Omni Design fournit des blocs individuels d'IP et des sous-systèmes AFE entiers.

Un sous-système AFE complet proposé par Omni Design est destiné à être utilisé dans les SoC 5G. Le sous-système comprend tout ce qui est nécessaire dans le chemin de traitement du signal entre l'antenne et le bloc de traitement numérique du signal (DSP). Pour un schéma fonctionnel de haut niveau d'un sous-système 5G, reportez-vous à la figure ci-dessous.

Un autre sous-système AFE complet proposé par Omni Design est destiné à être utilisé dans les SoC LiDAR automobiles. Le sous-système comprend tout ce qui est nécessaire dans le chemin de traitement du signal entre la photodiode et le DSP. Pour un schéma fonctionnel de haut niveau d'un sous-système LiDAR, reportez-vous à la figure ci-dessous.

LeddarTech®, un leader mondial de la technologie de détection ADAS et AD de niveau 1 à 5, intègre le sous-système AFE d'Omni Design dans son SoC LiDAR automobile. Omni Design récemment a annoncé la disponibilité générale d'un récepteur frontal complet pour un LiDAR SoC.

Résumé

L'automobile et la 5G nécessitent des ADC et des DAC hautes performances dans les nœuds de processus FinFET pour l'intégration dans les SoC. L'architecture modulaire et les technologies propriétaires d'Omni Design permettent de les fournir sous forme de cœurs IP et de sous-systèmes complets pour faciliter l'intégration SoC. Ces cœurs IP sont optimisés pour la puissance, les performances et le facteur de surface/forme et présentent un faible NSD et un SFDR élevé, comme démontré dans le silicium. Les clients ont intégré les blocs IP et/ou les sous-systèmes complets d'Omni Design dans leurs SoC.

Certaines annonces récentes d'Omni Design pourraient vous intéresser. Un communiqué de presse sur leur client MegaChips, annonçant l'intégration de convertisseurs de données ultra-basse consommation et hautes performances dans leur SoC Ethernet automobile pour le marché des communications Vehicle-to-Everything (V2X). Un autre communiqué de presse sur disponibilité de leur famille Lepton d'ADC et de DAC hautes performances sur la technologie TSMC 16 nm.

Vous pourriez également être intéressé par la lecture de leur publication récemment livre blanc sur les « implémentations LiDAR pour les applications de véhicules autonomes ».