Supersnelle dataconverters versnellen auto- en 5G-producten

Hoewel de trend naar System-on-Chip (SoC) al geruime tijd aan kracht wint, is de belangrijkste drijfveer de integratie van digitale componenten geweest, aangespoord door de wet van Moore. Het integreren van steeds meer digitale circuits in één enkele chip is consequent gunstig geweest voor de prestaties, het vermogen, de vormfactor en economische redenen. Daarom werden de digitale componenten van een systeem steeds meer geïntegreerd in een SoC, terwijl veel van de analoge functies nog steeds als afzonderlijke chips bleven bestaan, en wel om goede redenen. Ten eerste profiteerden analoge circuits niet in dezelfde mate van processchaling als digitale circuits met elk voortschrijdend procesknooppunt. Aan de andere kant bleef de algemene beschikbaarheid van analoge functies als IP-blokken op geavanceerde procesknooppunten achter omdat het porten van analoog naar FinFET-knooppunten als een grotere uitdaging werd gezien. Dat is één reden voor de enorme groei van halfgeleiderbedrijven die analoge IC's leveren.

Veel van de hedendaagse toepassingen vereisen edge-verwerking en stellen zeer veeleisende eisen, of het nu gaat om de automobielsector, AI of 5G. De producten zullen naar verwachting betere prestaties leveren bij een lagere latentie, minder stroom verbruiken, een kleinere vormfactor hebben en beschikbaar zijn tegen aantrekkelijke prijzen. Dit zet veel halfgeleiderbedrijven ertoe aan om naar innovatieve manieren te zoeken om meer analoge functionaliteit in een SoC te integreren.

Het is in deze context dat een presentatie op het recente TSMC OIP Forum interessant zou zijn voor zowel systeemarchitecten als SoC-ontwerpers. De lezing werd gegeven door Manar El-Chammas, vice-president engineering bij Omni Design Technologies.

Omni-ontwerptechnologieën

Omni Design innoveert op meerdere niveaus, van ontwerpen op transistorniveau tot algoritmen. Hun IP-aanbod richt zich op meerdere markten, waaronder 5G, automotive, AI, beeldsensoren, enz.

Het IP-portfolio van Omni Design bestaat uit analoog-naar-digitaal converters (ADC's) en digitaal-naar-analoog converters (DAC's) variërend van 6-bit tot 14-bit resoluties, en bemonsteringssnelheden van enkele megasamples/seconde (Msps) tot 20+ giga-samples/seconde (Gsps). Omni Design biedt ook complete analoge front-ends (AFE's) die meerdere ADC's en DAC's, PLL's, PVT-monitoren, PGA's, LDO's en bandgap-referenties kunnen bevatten. De volledig geïntegreerde AFE-macro maakt een naadloze integratie van de analoge componenten in SoC's mogelijk.

Overgang van boards naar SoC's

Er is een significante verschuiving in de industrie in de richting van de integratie van analoge functies van pc-kaarten in SoC's in veel van de eerder genoemde toepassingen. Deze toepassingen vereisen hogere prestaties, minder stroom en chips met een kleinere vormfactor. De integratie van meer componenten in de SoC helpt de systeemkosten en de complexiteit van de stuklijst (BOM) te verminderen. Een geïntegreerde oplossing zorgt voor eenvoudigere kloksynchronisatie van ADC-arrays en uitstekende afstemming tussen kanalen. Een van de belangrijkste dingen die deze geïntegreerde SoC's werkelijkheid hebben gemaakt, is natuurlijk de beschikbaarheid van dataconverters met hoge resolutie, hoge bemonsteringssnelheid en ultralaag vermogen. in geavanceerde FinFET-procesknooppunten.

Technologie mogelijkmaken

Toepassingen zoals 5G en LiDAR in de automobielsector vereisten snelle dataconverters met hoge resolutie die een hoge lineariteit behouden van meer dan 60 dB SFDR en 60 dB IMD3 en een lage NSD. Door het gebruik van een verscheidenheid aan eigen en gepatenteerde oplossingen kan Omni Design aan deze strenge eisen voldoen. Hun beproefde SWIFT™-technologie kan bijvoorbeeld zowel energie- als snelheidsefficiëntie opleveren in vergelijking met meer conventionele oplossingen. Zie onderstaande afbeelding. Een vergelijking met een conventionele versterker staat in de tabel. Dankzij de SWIFT-technologie kunnen de referentiecondensatoren zodanig worden opgestart dat de algehele prestaties van de versterker worden geoptimaliseerd. Als gevolg hiervan is Omni Design in staat dataconverters met ultralaag vermogen en hoge prestaties te ontwikkelen.

Analoge front-end (AFE)-integratie in Advanced Node SoC

5G en Automotive zijn twee van de vele verschillende groeiende markten waarop het IP-portfolio van Omni Design zich richt. Zoals eerder vermeld levert Omni Design individuele IP-blokken en volledige AFE-subsystemen.

Eén compleet AFE-subsysteem dat Omni Design aanbiedt, is bedoeld voor gebruik in 5G SoC's. Het subsysteem omvat alles wat nodig is in het signaalverwerkingspad tussen de antenne en het digitale signaalverwerkingsblok (DSP). Raadpleeg het onderstaande figuur voor een blokdiagram op hoog niveau van een 5G-subsysteem.

Een ander compleet AFE-subsysteem dat Omni Design aanbiedt, is voor gebruik in LiDAR SoC's voor auto's. Het subsysteem omvat alles wat nodig is in het signaalverwerkingspad tussen de fotodiode en de DSP. Raadpleeg het onderstaande figuur voor een blokdiagram op hoog niveau van een LiDAR-subsysteem.

LeddarTech®, een wereldleider op het gebied van ADAS- en AD-sensortechnologie van niveau 1-5, integreert het AFE-subsysteem van Omni Design in hun LiDAR SoC voor auto's. Omni Design onlangs kondigde algemene beschikbaarheid aan van een complete ontvanger-front-end voor een LiDAR SoC.

Samengevat

Automotive en 5G vereisen krachtige ADC's en DAC's in FinFET-procesknooppunten voor integratie in SoC's. De modulaire architectuur en eigen technologieën van Omni Design helpen deze te leveren als IP-kernen en complete subsystemen voor eenvoudige SoC-integratie. Deze IP-kernen zijn geoptimaliseerd voor vermogen, prestaties en oppervlakte-/vormfactor en vertonen lage NSD en hoge SFDR, zoals aangetoond in silicium. Klanten hebben de IP-blokken en/of complete subsystemen van Omni Design in hun SoC's geïntegreerd.

Mogelijk bent u geïnteresseerd in enkele recente aankondigingen van Omni Design. Een persbericht over hun klant MegaChips kondigt de integratie aan van dataconverters met ultralaag vermogen en hoge prestaties in hun Ethernet SoC voor auto's voor de Vehicle-to-Everything (V2X)-communicatiemarkt. Nog een persbericht over beschikbaarheid van hun Lepton-familie van krachtige ADC's en DAC's op TSMC 16nm-technologie.

Mogelijk bent u ook geïnteresseerd in het lezen van hun onlangs gepubliceerde publicaties whitepaper over “LiDAR-implementaties voor autonome voertuigtoepassingen.”