模拟是不公平的劣势

我们生活在一个模拟世界,然而数字已成为技术的选择。混合信号的解决方案,用来包含大量的模拟,只有少量的数字信号处理,系统迁移到模拟到数字的转换发生在第一个机会。

有几个原因,其中建立自己。摩尔定律适用于数字电路和模拟。晶体管可以做得更小,这好处数字电路。但它没有相同的影响模拟晶体管。模拟的特点经常恶化为设备是由更小的。在一个小型化的世界科技进步的关键,模拟部分不能跟上,被留下。

应该不足为奇,工艺优化的数字,这将增加对模拟组件的压力了。制造过程变化和参数退化在产品的生命周期中更具有挑战性的模拟世界。这意味着需要更多的分析和熟练的设计比数字部分。

模拟仍被认为是一种艺术和自动化没有迁移到工具一样的数字,这意味着模拟效率持续下降。我们正开始看到芯片,甚至意想不到的模拟内容消费的一个重要部分SoC表面积和设计,模拟长杆和风险方面的安排。

具有讽刺意味的是,随着数字设备变小和薯片的变大,SoC设计的几个方面开始看起来更像是模拟问题。时钟和配电正迅速成为模拟问题。依赖PHY芯片电路移动数据系统,这些都是模拟电路。

这些仅仅是摩尔定律的一些原因是未能兑现总面积,力量和提高芯片的性能,不能没有模拟内容,基本上意味着所有芯片。缺乏关注的模拟是数字芯片的部分原因是现在付出代价。

没有参数的行业趋势。“领先的先进流程非常为逻辑密度和性能,设计,模拟电路必须限制在本带来了设计规则,”奥利弗说,首席技术官Moortec。“这也是如此,这些过程的建模不是针对模拟电路设计进行了优化。”

增加了杰夫•米勒产品营销经理导师,西门子业务:“这是当然,先进的流程节点在小特征尺寸被设计用来解决大规模数字逻辑的需要。低电压,低能量,低成本/逻辑晶体管是至关重要的因素使摩尔定律继续为数字。然而,模拟设计团队来说,好处会越来越小的特征尺寸不翻译。虽然还有很多模拟电路设计使用finFET和多模式流程节点16 nm和下面,这通常是允许大数字和模拟共存于同一死。”

工艺技术
有迹象表明,这种情况可能会改变随着摩尔定律放缓下来。“公司创建过程技术有三他们关心的东西,”里克博尔赫斯说,TCAD产品营销经理Synopsys对此。“成本是非常重要的,必须平衡性能,功率特性和可靠性。一些应用程序,比如汽车和医疗,可靠性是非常严格的,而另一些则不然。”

博尔赫斯指出,有很多模拟过程,使用尺寸更大的功能。“很多人仍在制造在180年和130海里。基线内可能存在的衍生品地址不同的功率或电压的水平。”

这可能需要一个不同的方式来思考问题。“更高电压的晶体管规模往往不能很好地优化,”马修Sureau说,集成电路工程主管Microsemi。“在某些情况下,工厂只能提供一个给定电压远高于我们需要分解,让我们两个选项是,面对一个点球,大小或我们开发自己的设备,这不是最优,我们需要验证它的可靠性。”

混合信号经常使用更现代的过程来获得必要的电子密度。“我们正开始看到过程企业数字28 nm制程,创造衍生品,”汤姆渡口,Synopsys对此产品营销副总裁。“这些都是针对特定的设计,模拟或权力的内容比传统的28 nm可能。”

设计规则模拟可以包含额外的并发症。“在digital-focused流程节点,设计规则主要是保证可制造性和产量,”米勒指出。“在模拟过程中技术外,往往还有其他设计规则,捕捉许多模拟效果,如邻近效应,应力效应(由于STI等),和模式变化的影响。这些都使晶体管的净结果大于最小可制造的大小,交易面积精度和/或匹配。换句话说,模拟通常模拟较大的特征尺寸过程高级节点,进一步减少过程扩展模拟块的好处。”

但是问题存在,一些看到的机会。此后“Guardring /封锁指南/规则通常贫穷或不存在的许多设备,“Sureau指出。“这叶子的空间设计团队可能获得优势,或者至少一个分化的其他人,在如何克服问题的优化方法。”

Synopsys对此认为增加使用TCAD技术来帮助铸造厂优化和生产衍生过程的技术。TCAD需要物理表示的晶体管和插入一个物理描述如何制造晶体管。一旦定义了物理结构,可以进入设备仿真分析性能。”它也可以识别如何修改制造过程能够实现一些设备级和电路级的特点,我想要在我的产品,”解释了博尔赫斯。“这都可以做过任何晶圆已经创建并可以大大缩小的空间探索。然后你可能需要做一些薄片运行来验证仿真是正确的。可以做的更快,因为已经消除。”

与几何
我们迁移到finFETs,数字电路再次青睐。“设计为7海里finFET数字锁相环设计是很困难的,”州渡口。“模拟电路设计是困难的。finFET主要用于数字。”

模拟“FinFET是一个艰难的地方,”证实了米勒。“设计师仅限于少量的设备尺寸,互连寄生往往更难解决,和有更多的layout-dependent效果必须占之间实现良好的匹配设备。”

可能会有好消息在地平线上随着汽车变得更大的消费的半导体。“通过TCAD,流程企业可以找出他们如何为锁相环工作和其他模拟部分,“渡船说。”,因为我们有更多的模拟内容芯片进入汽车、可靠性变得越来越重要,我们将会有更多的口味,因为有一个更大的市场。今天有更多的芯片设计汽车比五年前。这使它值得投资更多的钱,这样他们就可以抓住更多的生意。我们需要平衡过程满足这两个数字和模拟需要的综合部分。”

需要大量的模拟芯片,包括组件(如传感器、电源管理、集成微机电系统和成像应用,并不急于得到最新的节点上的数字。这些组件需要与高电压,对噪声非常敏感,受益于特殊设备类型和隔离技术在标准逻辑流程。“这导致的崛起”超过摩尔“流程节点,专门从事模拟能力,”米勒说。“这些技术新工艺口味,但在较大的特征尺寸(180纳米),和支持双极晶体管、高压DMOS结构设备(一些能够处理超过100 v !),和埋井和其他隔离策略允许高精度模拟与嘈杂的数字。模拟的关键需求是设计时,我们看到许多客户选择这些过程”。

与它
模拟电路设计技术已经开发出来,帮助克服这些问题。例子包括后期制作校准和数字模拟电路动态适应变异的援助。这些不是免费的。数字补偿是流水线ADC的一个例子。这个数字的计算开销和延迟意味着它是慢的补偿比纯粹的模拟实现,提高总功耗。

技术节点上可能会有妥协的空间。“混合信号设计,有大量数字内容但不足以证明finFET的跳跃,我们看到大量的设计针对65海里不错的中间地带,”米勒说。“这是特别是设计需要一些射频功能,比如那些目标物联网边缘设备市场。”

可靠性
衰老模型已经开发数字电路的基础上,而不是大量的注意力都集中在模拟/射频可靠性。这可能成为一个大问题对于汽车和医疗应用程序的生命周期的产品必须保证。很多模拟电路依靠匹配,这意味着如果两个组件不年龄相似的,那么可以创建额外的问题。这可能会导致更频繁的调整成为必要也可能导致更复杂的设计。这也可能意味着需要额外的复杂性在芯片或系统如果设备不能连接测试仪校准。

更小的几何图形有更多的变化。“因为我们能够模拟加工过程中大量的细节,我们可以制造流注入可变性,”博格斯说。”作为扩展成为一个更为重要的趋势仍在继续。通常会有影响,对于模拟应用程序相对于数字更加重要,如设备匹配。你需要一个调优的过程实现的一些功能。”

必须注意的是,模型没有创造太多的悲观情绪。“这是重要的是保持因为一些变异的来源相关的可变性来源可能会彼此抵消在某种程度上,”他说。

结论
该行业的长期专注于数字导致模拟被挤出尽可能,但模拟永远是不可避免的。今天,答案是在更大的节点当模拟内容很重要,但铸造厂的额外的努力可能会导致一些更好的做出妥协,允许数字和模拟集成没有不公平的偏见。汽车行业很可能是驱动这一趋势。

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