Høyhastighets datakonverterere som akselererer bil- og 5G-produkter

Mens trenden mot System-on-Chip (SoC) har tatt fart i ganske lang tid, har den primære driveren vært integrasjon av digitale komponenter, ansporet av Moores lov. Integrering av flere og flere digitale kretser i en enkelt brikke har vært konsekvent fordelaktig av ytelse, kraft, formfaktor og økonomiske årsaker. Derfor ble de digitale komponentene til et system integrert i en SoC mens mange av de analoge funksjonene fortsatt ble stående som separate brikker og av gode grunner. For det første hadde ikke analoge kretser fordel av prosessskalering i samme grad som digitale kretser gjorde med hver fremadskridende prosessnode. For en annen, den generelle tilgjengeligheten av analoge funksjoner som IP-blokker på avanserte prosessnoder forsvant fordi portering av analog til FinFET-noder ble sett på som mer utfordrende. Det er en grunn til den enorme veksten av halvlederselskaper som leverer analoge IC-er.

Mange av dagens applikasjoner krever kantbehandling og har svært krevende krav, enten det er innen bilindustrien, AI eller 5G. Produktene forventes å levere høyere ytelse ved lavere ventetid, forbruke lavere strøm, ha mindre formfaktor og være tilgjengelige til attraktive prispunkter. Dette driver mange halvlederbedrifter til å se på innovative måter å integrere mer av den analoge funksjonaliteten i en SoC.

Det er i denne sammenhengen at en presentasjon på det nylige TSMC OIP-forumet vil være av interesse for både systemarkitekter og SoC-designere. Foredraget ble holdt av Manar El-Chammas, visepresident for ingeniørfag i Omni Design Technologies.

Omni Design Technologies

Omni Design innoverer på tvers av flere nivåer fra design på transistornivå til algoritmer. IP-tilbudene deres adresserer flere markeder, inkludert 5G, bilindustri, AI, bildesensorer, etc.

Omni Designs IP-portefølje består av analog-til-digital-omformere (ADC-er) og digital-til-analog-omformere (DAC-er) fra 6-bit til 14-bits oppløsninger, og samplingshastigheter fra noen få megasampler/sekund (Msps) til 20+ giga-sampler/sekund (Gsps). Omni Design tilbyr også komplette analoge frontends (AFE) som kan inkludere flere ADC-er og DAC-er, PLL-er, PVT-skjermer, PGA-er, LDO-er og båndgap-referanser. Den fullt integrerte AFE-makroen muliggjør sømløs integrering av de analoge komponentene i SoC-er.

Overgang fra brett til SoCs

Det er et betydelig skifte i bransjen mot integrering av analoge funksjoner fra PC-kort til SoC-er i mange av applikasjonene identifisert tidligere. Disse applikasjonene krever høyere ytelse, lavere effekt og mindre formfaktorbrikker. Integreringen av flere komponenter i SoC bidrar til å redusere systemkostnadene og stykklisten (BOM) kompleksitet. En integrert løsning sørger for enklere klokkesynkronisering av ADC-matriser og utmerket matching mellom kanaler. En av de viktigste tingene som har gjort disse integrerte SoC-ene til en realitet, er selvfølgelig tilgjengeligheten av datakonverterere med høy oppløsning, høy samplingsfrekvens og ultralav effekt. i avanserte FinFET-prosessnoder.

Aktiverende teknologi

Applikasjoner som 5G og LiDAR for biler krevde høyhastighets, høyoppløselige dataomformere som opprettholder høy linearitet over 60dB SFDR og 60dB IMD3 og lav NSD. Gjennom bruk av en rekke proprietære og patenterte løsninger, er Omni Design i stand til å møte disse strenge kravene. For eksempel kan deres utprøvde SWIFT™-teknologi levere både kraft- og hastighetseffektivitet sammenlignet med mer konvensjonelle løsninger. Se figuren nedenfor. En sammenligning med konvensjonell forsterker er vist i tabellen. SWIFT-teknologien gjør at referansekondensatorene kan festes på en slik måte at den totale ytelsen til forsterkeren optimaliseres. Som et resultat er Omni Design i stand til å utvikle datakonverterere med ultralav effekt og høy ytelse.

Analog Front End (AFE)-integrering i Advanced Node SoC

5G og Automotive er to av de mange forskjellige voksende markedene som Omni Designs IP-portefølje adresserer. Som nevnt tidligere, leverer Omni Design individuelle blokker med IP og hele AFE-delsystemer.

Et komplett AFE-undersystem som Omni Design tilbyr, er for bruk i 5G SoCs. Delsystemet inkluderer alt som trengs i signalbehandlingsveien mellom antennen og den digitale signalbehandlingsblokken (DSP). For et blokkskjema på høyt nivå av et 5G-delsystem, se figuren nedenfor.

Et annet komplett AFE-undersystem som Omni Design tilbyr, er for bruk i LiDAR SoCs for biler. Delsystemet inkluderer alt som trengs i signalbehandlingsveien mellom fotodioden og DSP. For et blokkdiagram på høyt nivå av et LiDAR-undersystem, se figuren nedenfor.

LeddarTech®, en global leder innen nivå 1-5 ADAS- og AD-sensorteknologi, integrerer Omni Designs AFE-delsystem i deres LiDAR SoC for biler. Omni Design nylig annonsert generell tilgjengelighet av en komplett mottakerfront-end for en LiDAR SoC.

Oppsummering

Automotive og 5G krever høyytelses ADC-er og DAC-er i FinFET-prosessnoder for integrering i SoC-er. Omni Designs modulære arkitektur og proprietære teknologier bidrar til å levere disse som IP-kjerner og komplette undersystemer for enkel SoC-integrasjon. Disse IP-kjernene er optimalisert for kraft, ytelse og område/formfaktor og viser lav NSD og høy SFDR som vist i silisium. Kunder har integrert Omni Designs IP-blokker og/eller komplette undersystemer i sine SoC-er.

Du kan være interessert i noen av Omni Designs nylige kunngjøringer. En pressemelding om deres kunde MegaChips, kunngjør integrasjonen av datakonverterere med ultralav effekt og høy ytelse i deres Ethernet SoC for biler for kommunikasjonsmarkedet Vehicle-to-Everything (V2X). Nok en pressemelding om tilgjengeligheten av deres Lepton-familie av høyytelses ADC-er og DAC-er på TSMC 16nm-teknologi.

Du kan også være interessert i å lese deres nylig publiserte whitepaper om "LiDAR-implementeringer for autonome kjøretøyapplikasjoner."