用集成方式解决混合信号半导体的挑战

　　由于汽车与工业应用中的电子器件显著增多，因此在持续快速增长的中国电子工业中，汽车与工业市场仍然扮演着重要角色。

　　值得注意的是，在电子设计方面，汽车与工业领域之间的共同要求越来越多。例如，由于传感器数量越来越多，现在这两个领域的许多应用都依赖于复杂的信息处理，同时，精确电机控制或者对继电器等机电执行元件的需求也已非常普遍。网络也是一个正在大幅度增长的领域。现在，汽车和工业设计中都采用CAN和LIN等车内网络(IVN)标准，以将传感器、执行器和处理器与相关控制和管理功能连接起来。

　　最后，汽车和工业应用还都需要在各种恶劣、苛刻的环境中提供长期可靠的运行。这种环境条件包括温度、震动、电噪，许多情况下还需要在高压下运行。

　　混合信号半导体

　　面对必须在短周期、紧张预算控制内实现新设计，以及在越来越小的空间内使用最少数量组件的压力，设计人员正在寻找各种途径，从传统分立元件设计转到集成度更高的半导体器件。这使得对片内系统ASIC和ASSP器件的需求不断增长，这些器件利用混合信号半导体技术将模拟和数字功能集成在了同一芯片上。

　　真正的混合信号工艺需要把电压较高、噪声敏感度较高的电路与电压较低但会产生噪声的数字电路隔离开，这可通过使用深槽隔离技术实现。在该技术中，一系列隔离槽深埋在芯片衬底内，从而有效地形成能够很好控制噪声和电源参数的片内“保护区(pockets)”。传统混合信号技术可以实现放大器、ADC、滤波器等控制与信号处理功能与微控制器、存储器、定时器、逻辑控制等数字功能的结合。但是为满足新兴汽车与工业设计的需求，混合信号处理的能力必须远远超过这些。现在混合信号半导体厂商面临着诸多挑战，他们必须把传统混合信号设计的相关功能与保证高压高温运行的各种技术结合起来，提供高水平的抗电磁干扰和瞬态电压能力，提供满足相关行业机构质量与安全要求的产品，还要以最低成本满足上述需求，并把握进入市场的最佳时机。

　　而且，如果是要满足当今汽车与工业工程师的需求，传统混合信号器件的基本功能也必须在嵌入式智能化、存储器、公用网络控制器及接口可用性、直接执行器输出等领域大幅扩展。

　　高压Smart Power

　　对用于汽车和工业领域的许多混合信号器件而言，高压性能是一个关键要求，无论是电机控制、继电器驱动还是仅仅需要耐受瞬态高压的能力。幸运的是，现在有很多高压混合信号半导体加工工艺能够满足这一要求。

　　以AMI半导体公司的I3T80 Smart Power加工工艺为例，基于0.35mm CMOS的I3T80工艺可以在80V的条件下运行，使系统设计人员能够使用高集成度数字电路、高压电路以及高精度模拟模块的芯片，减少组件数量、节约空间并降低成本。

　　这种高压工艺可使门电路密度高达15000/mm2，并包括高性能纵向浮动nDMOS晶体管在内的一整套高压DMOS和双极器件。另外，这种工艺还采用NPN和PNP双极器件、高压浮动二极管和多种无源器件，并为希望使用AMIS工艺设计，需要PLL、USB接口、总线协议控制器、用于网络连接的控制器、嵌入式微处理器等选件的设计人员提供IP功能块。

　　AMIS Smart Power采用金属-金属电容器和良好匹配的高阻抗电阻。静电放电(ESD)是产品开发的一个重要方面，4.5kV HBM(人体模型)和750V CDM(设备充电模型)的额定值可以满足最为苛刻的要求。

　　处理器和存储器

　　混合信号电路的一个发展趋势是增加某种类型的中央处理电路，使AMIS I3T80加工工艺适用于ARM7TDMI、R8051、6502内核等选件。而且，由于片内处理的需要，还出现了对片内数据与程序存储的要求。一般使用数据锁存器、寄存器、RAM等易失性存储结构，但需要持续供电来保留数据。然而，较新的混合信号设计采用包括OTP或EEPROM等在内的非易失性存储器(NVM)选件来进行工厂编程，最近又采用闪存选件。例如，AMIS公司为其I3T80 Smart Power高压混合信号系统工艺技术开发出嵌入式高注入MOS(HiMOS)闪存。成熟的I3T80混合信号技术与强大的新型NVM结合，将使设计人员能够为最恶劣的汽车与工业工作环境创建经济型智能传感器接口、智能执行器以及其它高级单芯片器件。

　　HiMOS闪存能够在-40℃~125℃温度范围内运行。它使设计人员能够嵌入双排存储器，其中一排是高达64kB的代码存储，另一排是高达512字节的虚拟EEPROM数据存储。由于AMIS HiMOS闪存是仅使用I3T80基本工艺掩模组上的三个额外掩模层实现的，因此这种基于闪存的智能化Smart Power芯片为分立元器件以及其他SoC替代方案提供了一种非常经济的选择。

　　HiMOS闪存最多可提供100个代码存储擦除周期和最少10000个数据存储擦除周期。它能够保存数据15年，完全满足汽车电子组件AEC-Q100临界应力测试的要求。