Високошвидкісні перетворювачі даних, що прискорюють роботу автомобілів і продуктів 5G

У той час як тенденція до системи на кристалі (SoC) набирає обертів протягом досить тривалого часу, основним рушієм була інтеграція цифрових компонентів, що стимулюється законом Мура. Інтеграція все більшої кількості цифрових схем в один чіп незмінно сприяла продуктивності, потужності, форм-фактору та з економічних причин. Таким чином, цифрові компоненти системи продовжували інтегруватися в SoC, тоді як багато аналогових функцій все ще залишалися як окремі мікросхеми з поважних причин. По-перше, аналогові схеми не виграли від масштабування процесу такою ж мірою, як цифрові схеми з кожним прогресуючим вузлом процесу. З іншого боку, загальна доступність аналогових функцій у вигляді IP-блоків на розширених вузлах процесу відстала, оскільки перенесення аналогового сигналу на вузли FinFET вважалося більш складним. Це одна з причин надзвичайного зростання напівпровідникових компаній, що постачають аналогові мікросхеми.

Багато сучасних програм вимагають крайової обробки та мають дуже суворі вимоги, будь то в автомобільній промисловості, ШІ чи 5G. Очікується, що продукти забезпечуватимуть вищу продуктивність із меншою затримкою, споживатимуть менше енергії, матимуть менший форм-фактор і будуть доступні за привабливою ціною. Це спонукає багато напівпровідникових компаній шукати інноваційні способи інтегрувати більше аналогових функцій у SoC.

Саме в цьому контексті презентація на нещодавньому форумі TSMC OIP була б цікава як системним архітекторам, так і дизайнерам SoC. З доповіддю виступив Манар Ель-Чаммас, віце-президент із проектування Omni Design Technologies.

Omni Design Technologies

Omni Design впроваджує інновації на багатьох рівнях від проектування транзисторного рівня до алгоритмів. Їхні IP-пропозиції спрямовані на численні ринки, включаючи 5G, автомобільну промисловість, AI, датчики зображення тощо.

IP-портфоліо Omni Design складається з аналого-цифрових перетворювачів (АЦП) і цифро-аналогових перетворювачів (ЦАП) із роздільною здатністю від 6 до 14 біт і частотою дискретизації від кількох мегасемплів на секунду (Msps) до 20+ гіга вибірок на секунду (Gsps). Omni Design також пропонує повні аналогові інтерфейси (AFE), які можуть включати кілька АЦП і ЦАП, ФАПЧ, монітори PVT, PGA, LDO і посилання на заборонену зону. Повністю інтегрований макрос AFE забезпечує плавну інтеграцію аналогових компонентів у SoC.

Перехід від плат до SoC

У промисловості відбувся значний зсув у бік інтеграції аналогових функцій з плат ПК у SoC у багатьох програмах, визначених раніше. Ці програми вимагають вищої продуктивності, меншої потужності та меншого форм-фактора мікросхем. Інтеграція більшої кількості компонентів у SoC допомагає зменшити вартість системи та складність опису матеріалів (BOM). Інтегроване рішення забезпечує більш проста синхронізація годинника масивів АЦП і відмінне узгодження між каналами. Одна з ключових речей, яка зробила ці інтегровані SoC реальністю, це, звичайно, наявність перетворювачів даних із високою роздільною здатністю, високою частотою дискретизації та наднизьким енергоспоживанням. у розширених вузлах процесу FinFET.

Допоміжні технології

Такі додатки, як 5G і автомобільний LiDAR, потребують високошвидкісних перетворювачів даних із високою роздільною здатністю, які підтримують високу лінійність понад 60 дБ SFDR і 60 дБ IMD3 і низький рівень NSD. Завдяки використанню різноманітних власних і запатентованих рішень Omni Design здатна задовольнити ці суворі вимоги. Наприклад, їх перевірена часом технологія SWIFT™ може забезпечити ефективність як потужності, так і швидкості порівняно з більш традиційними рішеннями. Див. малюнок нижче. Порівняння зі звичайним підсилювачем наведено в таблиці. Технологія SWIFT дозволяє завантажувати опорні конденсатори таким чином, щоб оптимізувати загальну продуктивність підсилювача. У результаті Omni Design може розробляти високопродуктивні перетворювачі даних із наднизьким енергоспоживанням.

Інтеграція аналогового переднього кінця (AFE) у Advanced Node SoC

5G і автомобільна промисловість є двома з багатьох різних зростаючих ринків, на які спрямовано IP-портфоліо Omni Design. Як згадувалося раніше, Omni Design поставляє окремі блоки IP і цілі підсистеми AFE.

Одна повна підсистема AFE, яку пропонує Omni Design, призначена для використання в SoC 5G. Підсистема включає в себе все, що необхідно в тракті обробки сигналу між антеною і блоком цифрової обробки сигналу (DSP). Блок-схему високого рівня підсистеми 5G див. на малюнку нижче.

Ще одна повна підсистема AFE, яку пропонує Omni Design, призначена для використання в автомобільних SoC LiDAR. Підсистема включає все, що необхідно для обробки сигналу між фотодіодом і DSP. Блок-схему високого рівня підсистеми LiDAR дивіться на малюнку нижче.

LeddarTech®, світовий лідер у сфері ADAS рівня 1-5 і технології датчиків AD, інтегрує підсистему AFE Omni Design у свій автомобільний LiDAR SoC. Omni Design нещодавно оголосила про загальну доступність повного інтерфейсу приймача для SoC LiDAR.

Підсумки

Автомобільна промисловість і 5G потребують високопродуктивних АЦП і ЦАП у технологічних вузлах FinFET для інтеграції в SoC. Модульна архітектура та фірмові технології Omni Design допомагають надавати їх як IP-ядра та повні підсистеми для простоти інтеграції SoC. Ці IP-ядра оптимізовані за потужністю, продуктивністю та площею/форм-фактором і демонструють низький NSD і високий SFDR, як це продемонстровано на кремнії. Клієнти інтегрували IP-блоки та/або повні підсистеми Omni Design у свої SoC.

Вас можуть зацікавити деякі з останніх оголошень Omni Design. Прес-реліз про їх клієнта MegaChips оголошує про інтеграцію високопродуктивних перетворювачів даних із наднизьким енергоспоживанням у свій автомобільний Ethernet SoC для ринку комунікацій Vehicle-to-Everything (V2X). Ще один прес-реліз про доступність сімейства високопродуктивних АЦП і ЦАП Lepton на 16-нм технології TSMC.

Вам також може бути цікаво прочитати їх нещодавно опубліковані технічний документ на тему «Впровадження LiDAR для автономних транспортних засобів».