Навигация
Базовые технологии и их ограничения
35299
знаков
0
таблиц
1
изображение
2. Базовые технологии и их ограничения
В настоящее время доминирующим направлением остается кремниевая КМОП-технология со свойственными ей преимуществами и недостатками. В первую очередь по этой причине достаточно сложно в едином технологическом цикле изготовить качественные активные компоненты для аналоговой и дискретно-аналоговой обработки сигналов, а дальнейшее ужесточение технологических норм существенно ухудшает не только их малосигнальные параметры, но еще более усложняет процедуру тестирования системы в целом. Именно поэтому увеличение числа аналоговых входов (портов ввода) осуществляется практически всегда за счет мультиплексирования и повышения производительности встроенного АЦП. Однако номенклатура аналоговых узлов, необходимых для решения практических задач, остается достаточно большой. Так, в состав СБИС микроконверторов входят указанные выше мультиплексор и АЦП, коммутируемый источник опорного напряжения для согласования максимального входного напряжения с АЦП, датчик температуры, косвенно обеспечивающий учет температурной погрешности преобразования физических величин, компаратор, блок ФАПЧ, а также набор ЦАП. В этой связи прецизионное масштабирование и ограничение спектра входных сигналов должно либо выполняться в аналоговых датчиках, либо приходится, пусть и в ограниченном виде, возвращаться к мини-системе. Характерной чертой таких систем является достаточно большая, в основном определяемая аналоговой частью потребляемая мощность. Аналогичный вывод справедлив и для аналоговых микроконтроллеров, в которых взамен блоков ФАПЧ и компараторов включены простейшие, совместимые с 10-разрядной шиной АЦП, инструментальный усилитель и фильтр нижних частот (подключается внешний частотозадающий конденсатор). Иногда параметры этих устройств инициализируются пользователем. Отсутствие качественных аналоговых портов ввода с прецизионным преобразованием сигналов аналоговых датчиков и сенсорных датчиков связано с жестким ограничением на число аналоговых компонентов кристалла. Здесь доминирующими факторами остаются потребляемая мощность и геометрия аналогового транзистора. В силу этих и других не менее важных для точности вычисления факторов практически всегда применяется режим разделения времени преобразования и основного вычисления.
Кремниево-германиевая (SiGe) БиКМОП технология занимает лидирующие позиции в области изготовления СБИС для цифровой обработки сигналов, телекоммуникационных систем и многих других важных практических приложений, что обусловлено простотой интеграции в стандартный КМОП процесс, относительно низкой стоимостью производства, боль-шим процентом выхода годных и высоким быстродействием приборов [86]. Крупнейшие компании, такие как IBM, Daimler-Benz, Phillips, Hitachi, сегодня разрабатывают и производят интегральные схемы, основным компонентом которых являются быстродействующие SiGe биполярные транзисторы, с граничными частотами 100 ГГц. Так, компанией IBM было показано, что граничная частота SiGe биполярных транзисторов с гетеропереходом может достигать 210 ГГц. С развитием технологии Si1-xGex-сплавов появилась возможность создания быстродействующих МОП транзисторов с SiGe/Si каналом, что в перспективе позволит создавать на их основе быстродействующие КМОП микромощные схемы с граничными частотами 40–50 ГГц [6].
Важную роль в современной микроэлектронике играют высокотемпературные силовые элементы и преобразователи на базе карбида кремния. Несмотря на значительные инвестиции в этом направлении федеральными правительствами и фирмами ряда стран, ожидаемого результата получить не удалось. Характерные для этого случая зонные процессы приводят к недостаточному качеству малосигнальных параметров приборов.
Результаты отечественных и зарубежных исследований показывают [8], что для создания высоконадежных аналого-цифровых КМОП БИС, для случаев, когда требуются повышенная радиационная стойкость и температурная стабильность, весьма эффективно использование технологии «кремний на изоляторе» (КНИ). По сравнению с традиционной КМОП технологией на объемном кремнии технология КНИ обладает целым рядом важных преимуществ.
Для цифровых КМОП схем эти преимущества можно сформулировать следующим образом [8]:
- очень хорошая изоляция элементов друг от друга и очень малые токи утечки;
- меньшая площадь КМОП КНИ элемента по сравнению с элементом, изготовленным по «объемной» технологии (при отсутствии контакта к подложке);
- меньшие емкости переходов, повышенные частоты работы схем, меньшая потребляемая мощность.
Для аналого-цифровых КМОП схем КНИ технология обеспечивает ряд дополнительных преимуществ [8]:
- высокое качество изоляции цифровых и аналоговых блоков в смешанных АЦ системах на кристалле;
- возможность создания на КНИ подложках высококачественных пассивных R, С, L-элементов;
- меньшие потери переменной мощности в радиочастотном и СВЧ диапазонах;
- большая крутизна ВАХ приборов в области малых токов по сравнению с приборами, выполненными по «объемной» технологии.
Использование технологии «кремний на изоляторе» позволяет повысить верхний диапазон рабочих температур ИС до 200 °С.
субмикронный микросхема блок кристалл
Похожие работы
... ±ЕП, что принципиально недостижимо в преобразователях «напряжение-ток» на основе дифференциального каскада. Это особенно важно при проектировании низковольтных прецизионных аналоговых перемножителей напряжения. Наиболее существенный недостаток мостовой схемы – ее относительная сложность и наличие транзисторов p-n-p типа, однако возможность изготовления двухтактного повторителя по технологии « ...
... точности S должен решаться с учетом реализуемого шага и закона перестройки. 5. Влияние неидеальности электронных ключей на свойства базисных структур При построении ЦУП в качестве коммутаторов чаще всего используются МДП ключи (рис. 19, 20). Рис. 19. Принципиальная (а) и эквивалентная (б) схемы i-й ветви ЦУП Рис. 20. Принципиальная (а) и эквивалентная (б) схемы i-й ветви ЦУП ...
... усилителя от приведенного ко входу ЭДС смещения ОУ2. Приведенные результаты показывают, что дрейф нуля и коэффициент ослабления синфазного напряжения определяются только мультидифференциальным операционным усилителем. Соотношения (90), (94) показывают, что основным преимуществом классической структуры инструментального усилителя (рис. 12) является независимость коэффициента передачи синфазного ...
... постоянной времени усилителя и, следовательно, его граничной частоты определяется соотношениями (42)–(44). Завершая обсуждение найденных принципов собственной и взаимной компенсации влияния паразитных емкостей полупроводниковых компонентов, целесообразно отметить два обстоятельства, имеющих, возможно, самостоятельное значение в аналоговой микросхемотехнике. Во-первых, относительно хорошая ...
0 комментариев