Convertitori di dati ad alta velocità che accelerano i prodotti automobilistici e 5G

Sebbene la tendenza verso i System-on-Chip (SoC) abbia acquisito slancio già da qualche tempo, il motore principale è stata l'integrazione di componenti digitali, stimolata dalla legge di Moore. L'integrazione di un numero sempre maggiore di circuiti digitali in un singolo chip si è rivelata costantemente vantaggiosa in termini di prestazioni, potenza, fattore di forma e ragioni economiche. Pertanto, i componenti digitali di un sistema continuavano ad essere integrati in un SoC mentre molte delle funzioni analogiche venivano ancora lasciate come chip separati e per buone ragioni. Innanzitutto, i circuiti analogici non hanno beneficiato del ridimensionamento del processo nella stessa misura dei circuiti digitali con ogni nodo di processo in avanzamento. Dall’altro, la disponibilità generale di funzioni analogiche come blocchi IP su nodi di processo avanzati è diminuita perché il porting dell’analogico sui nodi FinFET era considerato più impegnativo. Questo è uno dei motivi dell’enorme crescita delle aziende di semiconduttori che forniscono circuiti integrati analogici.

Molte delle applicazioni odierne richiedono l'elaborazione dei bordi e hanno requisiti molto esigenti, che si tratti del settore automobilistico, dell'intelligenza artificiale o del 5G. Si prevede che i prodotti forniranno prestazioni più elevate con una latenza inferiore, consumeranno meno energia, avranno un fattore di forma più piccolo e saranno disponibili a prezzi interessanti. Ciò sta spingendo molte aziende di semiconduttori a cercare modi innovativi per integrare più funzionalità analogiche in un SoC.

È in questo contesto che una presentazione al recente forum OIP di TSMC sarebbe interessante sia per gli architetti di sistema che per i progettisti di SoC. Il discorso è stato tenuto da Manar El-Chammas, vicepresidente dell'ingegneria presso Omni Design Technologies.

Tecnologie di progettazione Omni

Omni Design innova su più livelli, dalla progettazione a livello di transistor agli algoritmi. Le loro offerte IP si rivolgono a molteplici mercati tra cui 5G, automobilistico, AI, sensori di immagine, ecc.

Il portafoglio IP di Omni Design è costituito da convertitori analogico-digitale (ADC) e convertitori digitale-analogico (DAC) con risoluzioni da 6 bit a 14 bit e frequenze di campionamento da pochi mega campioni/secondo (Msps) a Oltre 20 giga campioni/secondo (Gsps). Omni Design offre anche front-end analogici (AFE) completi che possono includere più ADC e DAC, PLL, monitor PVT, PGA, LDO e riferimenti bandgap. La macro AFE completamente integrata consente l'integrazione perfetta dei componenti analogici nei SoC.

Transizione dalle schede ai SoC

Nel settore si sta registrando uno spostamento significativo verso l'integrazione delle funzioni analogiche dalle schede PC ai SoC in molte delle applicazioni identificate in precedenza. Queste applicazioni richiedono prestazioni più elevate, potenza inferiore e chip con fattore di forma più piccolo. L'integrazione di più componenti nel SoC aiuta a ridurre i costi del sistema e la complessità della distinta base (BOM). Una soluzione integrata fa per sincronizzazione dell'orologio più semplice di array ADC e ottima corrispondenza tra i canali. Uno degli aspetti fondamentali che ha reso questi SoC integrati una realtà è, ovviamente, la disponibilità di convertitori dati ad alta risoluzione, frequenza di campionamento elevata e consumo estremamente basso. nei nodi di processo FinFET avanzati.

Abilitazione della tecnologia

Applicazioni come il 5G e il LiDAR automobilistico richiedevano convertitori di dati ad alta velocità e ad alta risoluzione che mantenessero un'elevata linearità oltre 60 dB SFDR e 60 dB IMD3 e basso NSD. Attraverso l'uso di una varietà di soluzioni proprietarie e brevettate, Omni Design è in grado di soddisfare questi severi requisiti. Ad esempio, la loro collaudata tecnologia SWIFT™ può offrire efficienza sia in termini di potenza che di velocità rispetto alle soluzioni più convenzionali. Fare riferimento alla figura sotto. Nella tabella è mostrato un confronto con l'amplificatore convenzionale. La tecnologia SWIFT consente il bootstrap dei condensatori di riferimento in modo tale da ottimizzare le prestazioni complessive dell'amplificatore. Di conseguenza, Omni Design è in grado di sviluppare convertitori di dati a bassissimo consumo e ad alte prestazioni.

Integrazione del front-end analogico (AFE) nel SoC del nodo avanzato

5G e Automotive sono due dei tanti mercati in crescita a cui si rivolge il portafoglio IP di Omni Design. Come accennato in precedenza, Omni Design fornisce singoli blocchi di IP e interi sottosistemi AFE.

Un sottosistema AFE completo offerto da Omni Design è destinato all'uso nei SoC 5G. Il sottosistema comprende tutto ciò che è necessario nel percorso di elaborazione del segnale tra l'antenna e il blocco di elaborazione del segnale digitale (DSP). Per uno schema a blocchi di alto livello di un sottosistema 5G, fare riferimento alla figura seguente.

Un altro sottosistema AFE completo offerto da Omni Design è destinato all'uso nei SoC LiDAR automobilistici. Il sottosistema comprende tutto ciò che è necessario nel percorso di elaborazione del segnale tra il fotodiodo e il DSP. Per uno schema a blocchi di alto livello di un sottosistema LiDAR, fare riferimento alla figura seguente.

LeddarTech®, leader globale nella tecnologia di rilevamento ADAS e AD di livello 1-5, sta integrando il sottosistema AFE di Omni Design nel suo SoC LiDAR automobilistico. Omni Design di recente ha annunciato la disponibilità generale di un front-end ricevitore completo per un SoC LiDAR.

Sommario

Il settore automobilistico e il 5G richiedono ADC e DAC ad alte prestazioni nei nodi di processo FinFET per l'integrazione nei SoC. L'architettura modulare e le tecnologie proprietarie di Omni Design aiutano a fornirli come core IP e sottosistemi completi per facilitare l'integrazione del SoC. Questi core IP sono ottimizzati in termini di potenza, prestazioni e fattore di area/forma e presentano un NSD basso e un SFDR elevato, come dimostrato nel silicio. I clienti hanno integrato i blocchi IP di Omni Design e/o sottosistemi completi nei loro SoC.

Potresti essere interessato ad alcuni dei recenti annunci di Omni Design. Un comunicato stampa sul loro cliente MegaChips, annunciando l'integrazione di convertitori di dati a bassissimo consumo e ad alte prestazioni nel loro SoC Ethernet automobilistico per il mercato delle comunicazioni Vehicle-to-Everything (V2X). Un altro comunicato stampa su disponibilità della famiglia Lepton di ADC e DAC ad alte prestazioni su tecnologia TSMC a 16 nm.

Potresti anche essere interessato a leggere quelli recentemente pubblicati Libro bianco sulle "Implementazioni LiDAR per applicazioni di veicoli autonomi".