About / Advertise
Trimbara transistorer öppnar för system på kisel
Högpresterande analoga kretsar, exempelvis AD-omvandlare för 3G-system, behöver inte alls tillverkas i några exotiska processer. Vanlig CMOS duger. Det hävdar nystartade Impinj, som stöder sig på tio års forskning kring trimbara transistorer.
Högpresterande analoga kretsar, exempelvis AD-omvandlare för 3G-system, behöver inte alls tillverkas i några exotiska processer. Vanlig CMOS duger. Det hävdar nystartade Impinj, som stöder sig på tio års forskning kring trimbara transistorer.
Analoga halvledare är svårare att konstruera och svårare att producera än digitala. Så har det alltid varit, och detta har gjort att analogtekniken inte hängt med i halvledarutvecklingen. Det nystartade amerikanska bolaget Impinj har ambitionen att rucka på detta faktum.
- Vi vill ge analogkonstruktörer möjlighet att dra nytta av Moores lag, säger vd Bill Colleran.
Företaget hävdar att avancerade analoga funktioner kan tillverkas i snart sagt vilken vanlig digital CMOS-process som helst. Hemligheten är en typ av transistor som kan trimmas efter tillverkningen. Trimningen påminner lite om programmerbara logiska kretsar - men här handlar det alltså om analog teknik och enskilda transistorer.
Trimningen görs genom att transistorerna utsätts för biasströmmar, där elektroner injiceras och tunnlas ut från en flytande gate. Tekniken kallas självanpassande kisel (self-adapting silicon). Mycket förenklat blir resultatet som att ersätta strömbrytare med dimmer.
Den DA-omvandlare företaget tagit fram för demonstrationssyfte kan tjäna som exempel. Den gjordes i en vanlig 0,25 µm-process och hade direkt efter tillverkningen en olinjäritet motsvarande 150 bitar. Tämligen värdelös, alltså. Efter trimning fick man dock ner olinjäriteten till motsvarande 1,5 bitar, vilket är fullt acceptabelt. Trimtransistorerna ger en liten ökning av kiselytan. Men antalet trimtransistorer är inte särskilt stort, i vanliga fall räcker några tiotal och fler än hundra blir det så gott som aldrig, enligt Bill Colleran. Själva kalibreringen tar bara några millisekunder per krets.
Prestandamässigt hävdar Impinj att denna lösning kan konkurrera med CMOS-processer speciellt utvecklade för analogändamål. Man når dock inte samma frekvenser som med kisel-germanium.
Den riktigt stora fördelen liggger i stället i möjligheten att enkelt integrera analoga funktioner i system på kisel, något som spås bli allt viktigare i takt med att andelen analoga funktioner i dessa typer av kretsar ökar. Att flytta en analog eller blandat analog-digital konstruktion till en ny process ska inte heller bli svårare än om konstruktionen vore rent digital.
Företaget har testat tekniken i ett hundratal provchips, med geometrier från 2,0 ner till 0,18 µm. Samtliga har gjorts i standard CMOS, hos TSMC, UMC, National Semiconductor och andra kiselsmedjor. Bland de tillämpningar man visat finns förutom den nämnda DA-omvandlaren bland annat filter, blandare och förstärkare.
De första blandat analog-digitala systemkislen med företages teknik ska enligt planen komma år 2003. Men redan tidigt nästa år ska den första kommersiella produkten presenteras: en 14-bitars AD-omvandlare avsedd för 3G-ändamål. Denna ska klara 100 Msampel/s, och ha ett dynamiskt omfång kring 75 dB, och samtidigt ett spuriosfritt arbetsområde på 110 dB.
- Vi tror oss kunna ta fram AD-omvandlare som svarar mot en stor del av telekomindustrins behov, säger Colleran.
- Vi vill ge analogkonstruktörer möjlighet att dra nytta av Moores lag, säger vd Bill Colleran.
Företaget hävdar att avancerade analoga funktioner kan tillverkas i snart sagt vilken vanlig digital CMOS-process som helst. Hemligheten är en typ av transistor som kan trimmas efter tillverkningen. Trimningen påminner lite om programmerbara logiska kretsar - men här handlar det alltså om analog teknik och enskilda transistorer.
Trimningen görs genom att transistorerna utsätts för biasströmmar, där elektroner injiceras och tunnlas ut från en flytande gate. Tekniken kallas självanpassande kisel (self-adapting silicon). Mycket förenklat blir resultatet som att ersätta strömbrytare med dimmer.
Den DA-omvandlare företaget tagit fram för demonstrationssyfte kan tjäna som exempel. Den gjordes i en vanlig 0,25 µm-process och hade direkt efter tillverkningen en olinjäritet motsvarande 150 bitar. Tämligen värdelös, alltså. Efter trimning fick man dock ner olinjäriteten till motsvarande 1,5 bitar, vilket är fullt acceptabelt. Trimtransistorerna ger en liten ökning av kiselytan. Men antalet trimtransistorer är inte särskilt stort, i vanliga fall räcker några tiotal och fler än hundra blir det så gott som aldrig, enligt Bill Colleran. Själva kalibreringen tar bara några millisekunder per krets.
Prestandamässigt hävdar Impinj att denna lösning kan konkurrera med CMOS-processer speciellt utvecklade för analogändamål. Man når dock inte samma frekvenser som med kisel-germanium.
Den riktigt stora fördelen liggger i stället i möjligheten att enkelt integrera analoga funktioner i system på kisel, något som spås bli allt viktigare i takt med att andelen analoga funktioner i dessa typer av kretsar ökar. Att flytta en analog eller blandat analog-digital konstruktion till en ny process ska inte heller bli svårare än om konstruktionen vore rent digital.
Företaget har testat tekniken i ett hundratal provchips, med geometrier från 2,0 ner till 0,18 µm. Samtliga har gjorts i standard CMOS, hos TSMC, UMC, National Semiconductor och andra kiselsmedjor. Bland de tillämpningar man visat finns förutom den nämnda DA-omvandlaren bland annat filter, blandare och förstärkare.
De första blandat analog-digitala systemkislen med företages teknik ska enligt planen komma år 2003. Men redan tidigt nästa år ska den första kommersiella produkten presenteras: en 14-bitars AD-omvandlare avsedd för 3G-ändamål. Denna ska klara 100 Msampel/s, och ha ett dynamiskt omfång kring 75 dB, och samtidigt ett spuriosfritt arbetsområde på 110 dB.
- Vi tror oss kunna ta fram AD-omvandlare som svarar mot en stor del av telekomindustrins behov, säger Colleran.
Adam Edström
