Szybkie konwertery danych przyspieszające produkty motoryzacyjne i 5G

Chociaż trend w kierunku System-on-Chip (SoC) nabiera tempa od dłuższego czasu, głównym czynnikiem napędzającym jest integracja komponentów cyfrowych, której bodźcem jest prawo Moore’a. Integrowanie coraz większej liczby obwodów cyfrowych w jednym chipie jest niezmiennie korzystne ze względów wydajności, mocy, kształtu i ze względów ekonomicznych. W związku z tym cyfrowe komponenty systemu były coraz częściej integrowane w SoC, podczas gdy wiele funkcji analogowych nadal pozostawało w postaci oddzielnych układów scalonych i nie bez powodu. Po pierwsze, obwody analogowe nie odniosły korzyści ze skalowania procesu w takim samym stopniu, jak obwody cyfrowe w przypadku każdego rozwijającego się węzła procesowego. Po drugie, ogólna dostępność funkcji analogowych w postaci bloków IP w zaawansowanych węzłach procesowych była opóźniona, ponieważ przenoszenie funkcji analogowych do węzłów FinFET było postrzegane jako trudniejsze. Jest to jeden z powodów ogromnego rozwoju firm produkujących półprzewodniki dostarczających analogowe układy scalone.

Wiele współczesnych aplikacji wymaga przetwarzania krawędziowego i ma bardzo wysokie wymagania, niezależnie od tego, czy dotyczy to motoryzacji, sztucznej inteligencji czy 5G. Oczekuje się, że produkty będą zapewniać wyższą wydajność przy mniejszych opóźnieniach, zużywać mniej energii, mieć mniejsze wymiary i być dostępne w atrakcyjnych cenach. To skłania wiele firm produkujących półprzewodniki do poszukiwania innowacyjnych sposobów integracji większej liczby funkcji analogowych w SoC.

W tym kontekście prezentacja na niedawnym forum TSMC OIP byłaby interesująca zarówno dla architektów systemów, jak i projektantów SoC. Wykład wygłosił Manar El-Chammas, wiceprezes ds. inżynierii w Omni Design Technologies.

Technologie projektowania Omni

Omni Design wprowadza innowacje na wielu poziomach, od projektów na poziomie tranzystorów po algorytmy. Ich oferta IP jest skierowana do wielu rynków, w tym 5G, motoryzacji, sztucznej inteligencji, czujników obrazu itp.

Portfolio rozwiązań IP firmy Omni Design obejmuje przetworniki analogowo-cyfrowe (ADC) i cyfrowo-analogowe (DAC) o rozdzielczości od 6 do 14 bitów i częstotliwościach próbkowania od kilku megapróbek na sekundę (Msps) do Ponad 20 giga próbek na sekundę (Gsps). Omni Design oferuje również kompletne analogowe front-endy (AFE), które mogą zawierać wiele przetworników ADC i DAC, PLL, monitory PVT, PGA, LDO i odniesienia do pasma wzbronionego. W pełni zintegrowane makro AFE umożliwia bezproblemową integrację komponentów analogowych z układami SoC.

Przejście z płytek na układy SoC

W branży nastąpił znaczący zwrot w kierunku integracji funkcji analogowych z płytek PC do układów SoC w wielu zidentyfikowanych wcześniej zastosowaniach. Zastosowania te wymagają wyższej wydajności, niższej mocy i mniejszych układów scalonych. Integracja większej liczby komponentów w SoC pomaga zmniejszyć koszty systemu i złożoność zestawień materiałowych (BOM). Zintegrowane rozwiązanie umożliwia łatwiejsza synchronizacja zegarów układów ADC i doskonałe dopasowanie pomiędzy kanałami. Jedną z kluczowych rzeczy, które sprawiły, że te zintegrowane układy SoC stały się rzeczywistością, jest oczywiście dostępność konwerterów danych o wysokiej rozdzielczości, dużej częstotliwości próbkowania i bardzo niskim poborze mocy w zaawansowanych węzłach procesowych FinFET.

Technologia umożliwiająca

Zastosowania takie jak 5G i samochodowy LiDAR wymagały szybkich konwerterów danych o wysokiej rozdzielczości, które utrzymują wysoką liniowość powyżej 60 dB SFDR i 60 dB IMD3 oraz niskiego NSD. Dzięki zastosowaniu szeregu własnych i opatentowanych rozwiązań Omni Design jest w stanie sprostać tym rygorystycznym wymaganiom. Na przykład sprawdzona technologia SWIFT™ może zapewnić zarówno większą moc, jak i większą prędkość w porównaniu z bardziej konwencjonalnymi rozwiązaniami. Patrz rysunek poniżej. Porównanie z konwencjonalnym wzmacniaczem pokazano w tabeli. Technologia SWIFT umożliwia ładowanie kondensatorów odniesienia w taki sposób, aby zoptymalizować ogólną wydajność wzmacniacza. W rezultacie Omni Design jest w stanie opracować wysokowydajne konwertery danych o bardzo niskim poborze mocy.

Integracja interfejsu analogowego (AFE) z zaawansowanym układem SoC węzła

5G i motoryzacja to dwa z wielu różnych rozwijających się rynków, na które adresowana jest oferta IP Omni Design. Jak wspomnieliśmy wcześniej, Omni Design dostarcza pojedyncze bloki IP oraz całe podsystemy AFE.

Jeden kompletny podsystem AFE oferowany przez Omni Design jest przeznaczony do użytku w układach SoC 5G. Podsystem zawiera wszystko, co jest potrzebne w ścieżce przetwarzania sygnału pomiędzy anteną a blokiem cyfrowego przetwarzania sygnału (DSP). Aby zapoznać się z ogólnym schematem blokowym podsystemu 5G, zobacz rysunek poniżej.

Kolejny kompletny podsystem AFE oferowany przez Omni Design jest przeznaczony do stosowania w samochodowych układach SoC LiDAR. Podsystem zawiera wszystko, co jest potrzebne w torze przetwarzania sygnału pomiędzy fotodiodą a procesorem DSP. Aby zapoznać się z ogólnym schematem blokowym podsystemu LiDAR, zobacz rysunek poniżej.

LeddarTech®, światowy lider w dziedzinie technologii ADAS i wykrywania AD poziomu 1-5, integruje podsystem AFE firmy Omni Design z samochodowym układem SoC LiDAR. Ostatnio Omni Design ogłosił ogólną dostępność kompletnego front-endu odbiornika dla LiDAR SoC.

Podsumowanie

Motoryzacja i 5G wymagają wysokowydajnych przetworników ADC i DAC w węzłach procesowych FinFET w celu integracji z układami SoC. Modułowa architektura i zastrzeżone technologie Omni Design pomagają dostarczać je jako rdzenie IP i kompletne podsystemy ułatwiające integrację SoC. Te rdzenie IP są zoptymalizowane pod kątem mocy, wydajności i powierzchni/formatu oraz charakteryzują się niskim NSD i wysokim SFDR, jak wykazano w przypadku krzemu. Klienci integrują bloki IP i/lub kompletne podsystemy Omni Design w swoich SoC.

Być może zainteresują Cię niektóre z ostatnich ogłoszeń Omni Design. Komunikat prasowy na temat ich klienta MegaChips ogłasza integrację wysokowydajnych konwerterów danych o bardzo niskim poborze mocy z samochodowym układem SoC Ethernet dla rynku komunikacji Vehicle-to-Everything (V2X). Kolejna informacja prasowa dot dostępność rodziny Lepton wysokowydajnych przetworników ADC i DAC w technologii TSMC 16 nm.

Być może zainteresuje Cię także przeczytanie ich niedawno opublikowanych publikacji Oficjalny dokument dotyczący „Wdrożeń LiDAR w zastosowaniach pojazdów autonomicznych”.