اخبار

سیستم در بسته یا سیستم روی تراشه؟حتی در طراحی هایی با محدودیت شدید فضای ، سطح مناسب ادغام هرگز تصمیمی آسان نیست.فناوری SiP سطح بلوغ جدیدی را نشان می دهد ، چیزی شبیه به روزهای بد گذشته ماژول های چند تراشه ای سفارشی ساخته شده روی لایه های unobtainium.و فناوری SoC با تعدادی از فروشندگان مدارهای RF با سیگنال کوچک را در فرایندهای vanilla-CMOS در حال گسترش است.تیم طراحی چگونه تصمیم می گیرد که مراحل RF را روی تاسهایی جداگانه و بهینه سازی شده قرار دهد یا آنها را در قالب باند پایه قرار دهد؟

در مصاحبه ای با EE Times ، پیتر هویمنس ، معاون رئیس جمهور و مدیر برنامه RF در فیلیپس و بیل کرنیک ، مدیر معماری پیشرفته بی سیم در Texas Instruments Inc. ، بحثی را که در یک جلسه پنل در کنفرانس مدارهای مجتمع سفارشی سال گذشته آغاز شد ، ادامه دادند. .

EE Times: آقایان ، برای رسیدن به این سوال که بهترین راهکار برای دستگاه های بی سیم تلفن همراه با محدودیت شدید امروز چیست: SiP یا SoC؟

پیتر هویمنس: به چند دلیل فیلیپس SiP را انتخاب کرده است که به اعتقاد ما قانع کننده است.اول ، رویکرد SiP اجازه می دهد تا هر بلوک عملکردی بر روی فناوری بهترین کار ارائه شود.با وجود پیشرفت غیر قابل انکار در عملکرد ترانزیستورهای CMOS ، این مورد همچنان برای مدارهای RF بخصوص مدارهای با سیگنال بزرگ مهم است.

دوم اینکه ، داشتن ماژول های مختلف روی تاس های مختلف ، رویکرد plug-and-play را برای طیف وسیعی از بازارها مجاز می کند.برای مثال می توانید چندین طرح RF مختلف را انجام دهید و از طرح مناسب برای هر بخش بازار استفاده کنید ، برای مثال نیازی به تغییر تراشه منطقی باند نیست.با یک SoC ، شما با هر آنچه را که برای قرار دادن قالب انتخاب می کنید گیر می کنید.

سوم ، SiP می تواند بسیار جمع و جورتر در سیستم باشد.از آنجا که می توانیم تمام RF ، از جمله سوئیچ آنتن و تقویت کننده نیرو را ادغام کنیم ، و از آنجا که می توانیم اجزای منفعل با کیفیت بالا Q را ادغام کنیم ، می توانیم یک بسته واحد داشته باشیم که سیگنال آنتن وارد شده و داده های دیجیتالی بیرون بیایند.

بیل کرنیک: بگذارید ابتدا با موافقت با بسیاری از گفته های پیتر شروع کنم.ما در مورد مزایای فن آوری SiP تفاوتی نداریم.اما در TI ، ما معتقدیم که ترکیبی دقیق از فناوری SiP و SoC بهترین راه حل برای این برنامه ها است.

هنگامی که مدارهای RF سیگنال کوچک را روی قالب دیجیتال CMOS باند پایه ادغام می کنیم ، مزایای واقعی مصرف برق و سطح برد را مشاهده خواهیم کرد.این پیشرفت ها را فقط با کشیدن تاس در بسته بندی بزرگتر به دست نمی آورید و این کار واقعاً هزینه را کاهش نمی دهد.ما هنوز توابع با سیگنال بزرگ مانند سوئیچ آنتن و تقویت کننده نیرو را در خارج از SoC نگه می داریم.

هوجمنز: بنابراین ما در مورد ارزش SiP اختلاف نظر نداریم.بحث بر سر محل قرار دادن مدار فرستنده و گیرنده RF با سیگنال کوچک است.قبول دارم که قرار دادن آن در CMOS یکی از روش های صرفه جویی در هزینه های چند پنی و چند میلی متر مربع است ، اما لزوما بهترین راه نیست.این تصمیم تأثیر عمده ای بر پارتیشن بندی سیستم دارد.

کرنیک: و من فکر می کنم که در فناوری امروز ، RF سیگنال کوچک با منطق دیجیتال متناسب است.این تا حدودی طراحی سیستم را تغییر می دهد - بعد از همه ، شما اکنون در حال طراحی یک مرحله RF با ترانزیستورهای CMOS هستید که برای دیجیتال در نظر گرفته شده بودند.اما این نیز فوایدی دارد.این ترانزیستورها دارای فوت بیش از 100 گیگاهرتز هستند و شما یک صفحه طرح بسیار خوب برای کار دارید.شما می توانید رویکرد تهاجمی تری نسبت به آنچه در فرآیندهای RF قدیمی ممکن است در طراحی داشته باشید.

به طور خاص ، اگر رابط RF به دیجیتال برای تراشه داخلی باشد ، باند پایه می تواند اطلاعات را با مرحله RF در سطحی به اشتراک بگذارد که با تاس جداگانه عملی نباشد.به عنوان مثال ، از پردازنده باند پایه می توان برای قرار دادن مدارهای RF در یک فرایند خودآزمایی استفاده کرد و می توان پیکربندی پرواز را برای تنظیم مدارهای RF برای جبران ولتاژ ، دما یا تغییرات فرایند انجام داد.

هويجمنز: موافقم.در حقیقت ، اگر RF را در CMOS دیجیتال پیاده سازی کنید ، مجبور هستید که کنترل دیجیتال بیشتری روی مرحله RF داشته باشید ، زیرا محدودیت های این فرآیند وجود دارد.اما می توانید از همان تکنیک های دیجیتال روی قالب ساخته شده در یک فرایند RF واقعی استفاده کنید و از آنها برای بهینه سازی عملکرد و نه جبران کاستی های فرآیند استفاده کنید.

اما دوست دارم به بحث مدولاریته برگردم.با افزایش تعداد رابط های بی سیم که می خواهید پشتیبانی کنید ، آیا همه آنها را در SoC خود قرار می دهید؟چگونه می توانید با SoC که دارای 10 رابط RF است برخورد کنید؟مسائل مربوط به یکپارچگی سیگنال ، برخورد متناوب بین ورودی ها ، حتی نویز ناشی از باند پایه دیجیتال نیز موارد بزرگی خواهد بود.

کرنیک: این یک کار مهم است.من در این مورد بحث نمی کنممهندسین فرآیند ، بسته بندی و افراد آزمایشی همه باید با تیم طراحی تراشه صمیمی کار کنند تا چیزی شبیه به این کار کند.اما این آینده است.حتی امروز ، به عنوان مثال در بلوتوث ، شما باید SoC داشته باشید.

هويجمنز: خوب ، نهما در فیلیپس یک راه حل SiP برای بلوتوث داریم که اندازه ، هزینه و مصرف برق آن به اندازه راه حل های SoC است.

کرنیک: باشهبیایید فقط بگوییم که بسیاری از فروشندگان رویکرد تک تراشه ای را در آن بازار انتخاب کرده اند.این مورد در مورد گیرنده های GPS نیز صادق است و در مورد شبکه های بی سیم نیز صدق می کند.من معتقدم روند بازار به سمت SoCs است.و من معتقدم TI مشکلات ادغام را حل کرده است تا ما بتوانیم به آنجا برویم.

هوجمنز: بسیار خوب ، بیایید به آینده نگاه کنیم.در آینده ، شاهد سیستم های گوشی با چندین رابط بی سیم در ترکیبات مختلف و نیازهای مختلف برای کار همزمان خواهیم بود.آیا یک SoC غول پیکر انجام می دهید که شامل تمام رابط های بی سیم باشد که ممکن است مثلاً در یک گوشی پیشرفته مورد نیاز باشد؟این راهی نیست که باید طی کرد.این یک مسئله قابل حل نیست.

کرنیک: حق با شماست که ویژگی ها کاملاً به گوشی ها سرازیر می شوند.و هر ویژگی جدید آنتن مخصوص خود ، رابط هوایی خاص خود را به همراه دارد.تمام چیزی که من می گویم این است که وقتی سیستم را پارتیشن بندی می کنید ، هر رادیو را با باند پایه مربوطه قرار دهید.بنابراین در نهایت با یک گروه SoC مواجه خواهید شد.بسیار مدولار است

با گره 65 نانومتری ، من معتقدم که بخشهای متفاوتی را در بازارهای بی سیم ظهور خواهیم کرد ، و آنها ترکیبی از عملکردهای ثابت خواهند داشت.بنابراین می توانیم هر بخش عمده را با یک SoC واحد خدمت کنیم.سپس ، با تجربه ما در استفاده از SoCs در نسل 90 نانومتری ، برای انتقال نسبتاً آسان از موقعیت خوبی برخوردار خواهیم شد.

Hooijmans: اگر چنین بخشهایی توسعه یابد ، می توانید چند پنی پس انداز کنید.اما فکر می کنم چنین بخشهایی وجود داشته باشد که بتوانید حجم زیادی از تقاضا را با یک SoC تأمین کنید.به یاد داشته باشید ، ما با تلفیق مواردی که هم افزایی معماری واقعی وجود دارد ، با رویکرد SiP نیز ادغام خواهیم کرد.

کرنیک: من با مکانی که می خواهید به آنجا بروید موافق نیستم.رویکرد SoC به جای کاهش ، انعطاف پذیری را افزایش می دهد.این به دلیل ادغام محکم تری که بین عملکردها دارید انعطاف پذیرتر است.و اگر بازار همچنان می خواهد رویکرد مدولار تری برای بخشهای کمتر تعریف شده داشته باشد ، ما می توانیم آن را بدون تغییر در معماری یا فناوری ارائه دهیم.

EET: بیل ، من فکر می کنم شما اولین کسی باشید که شنیده ام پیشنهاد می کند که انتقال از 90 نانومتر به 65 نانومتر نسبتاً آسان است.

Hooijmans: مهاجرت 90 تا 65 نانومتری به صورت خودکار انجام نمی شود.من می گویم که هرچه عملکرد شما در مدارهای دیجیتال بیشتر باشد ، سهولت کار شما بیشتر می شود.اما در گذشته ، انتقال مدارهای گیرنده گیرنده دشوارتر از باند پایه دیجیتال بود.در واقع ، ما ممکن است در واقع عملکرد RF را با حرکت به 65 نانومتر کاهش دهیم.

کرنیک: دیگر هیچ چیز پیش پا افتاده ای نیست.ما مجبوریم برای 65 نانومتر در طراحی سطح ویفر و مکانهای دیگر مکان اقامت داشته باشیم.اما به دلیل تعداد زیادی از محصولات دیجیتالی مهم TI ، مهندسان فرآیند کاملاً باید انتقال دیجیتال به 65 نانومتر را برای طراحان ما آسان کنند.سپس ، برای مدارهای RF ، ما یک بار دیگر در حال بررسی مجموعه ای از ترانزیستورهای سریعتر و کوچکتر هستیم که از توان کمتری استفاده می کنند.

EET: هر دوی شما به افزایش استفاده از مدارهای دیجیتال برای کمک به RF اشاره کرده اید.آیا این به دلیل یکپارچه سازی در حال انجام است ، یا آیا فقط بهترین روش برای طراحی مدارهای RF در فن آوری فعلی است؟

کرنیک: قطعاً گرایش به دیجیتالی شدن مدارهای RF در TI وجود دارد.در حقیقت ، منافع بزرگ یکپارچه سازی نه چندان ترکیب دو تاس بود بلکه باعث می شد RF با مدارهای دیجیتال متوقف شود ، بنابراین آنها می توانند از نزدیک کار کنند.هنگامی که ما در حال انجام مطالعات معماری برای گوشی تک تراشه بودیم ، خیلی سریع نتیجه گرفتیم که بهترین روش استفاده از قدرت پردازش دیجیتال برای کنترل مدارهای آنالوگ است.این فقط برای RF تلفیقی صدق نمی کند.برای تراشه های رادیویی جداگانه نیز به همین اندازه صدق می کند.

هوئیجمنز: این یک سوال مرغ و تخم مرغ است.شما می خواهید مدارهای RF را به دلیل فوت زیاد و جریان پایین به CMOS منتقل کنید.اما اگر مهاجرت کنید ، متوجه خواهید شد که اشکالاتی در روند کار وجود دارد که شما را مجبور به جبران دیجیتال می کند.اگر قصد انجام RF در CMOS را دارید ، تصحیح دیجیتال را انجام می دهید.اما به طور کلی ، داشتن سیگنالهایی که از باند پایه به مرحله RF بر می گردند ، مزایایی دارد.به همین دلایل ، این روش برای تراشه های RF مستقل نیز به همان اندازه معتبر است.

EET: بنابراین استفاده از فناوری دیجیتال به هر صورت ، آیا تفاوتی در امکان طراحی بین رویکردهای SiP و SoC وجود دارد؟

Hooijmans: با SiP می توانید از فناوری های بهینه شده برای هر عملکرد استفاده کنید.برای اینکه بهترین باشند ، سوئیچ آنتن ، تقویت کننده نیرو و فیلترهای SAW هر کدام به فناوری فرآیند خود نیاز دارند.در این محدودیت ، تاس کمتر بهتر است.ما فقط در مورد پارتیشن بندی کمی متفاوت صحبت می کنیم.

Krenik: TI همچنین از SiP حمایت می کند.تمام سایر اجزای خارج از SoC نیز مهم هستند.اما حتی با استفاده از SiP ، وارد کردن تا حد ممکن به قالب باند پایه ارزشمند است.مخلوط کردن تمام این فناوری ها ، طراحی SiP را پیچیده تر می کند.

هوجمنز: خوب ، SiPs زیادی در فیلیپس تولید می شود.می گویم این یک فناوری کاملاً قابل کنترل است.

کرنیک: شاید.اما اینجا تماس بالاتری وجود دارد.SiP و SoC هر دو برای تکامل گوشی ضروری هستند.ما در آینده به دنبال گوشی هایی هستیم که برای عملکردهای مختلف دوازده رادیو در داخل خود دارند.ما بدون تسلط بر SiP و SoC قادر به انجام چنین کاری نخواهیم بود.

EET: سرانجام ، به سوال هزینه رسیدیم.اگر SiP و SoC مهندسی خوبی داشته باشند ، آیا واقعاً یک روش ارزان تر از روش دیگر است؟

کرنیک: ما معتقدیم که SoC از نظر هزینه کمتر خواهد بود.این یکپارچه سازی گوشی را ساده تر می کند ، اتصال نزدیکتر بین مدارهای RF و باند پایه را فراهم می کند و کل مصرف برق کمتری دارد.این نکته آخر به این معنی است که ثانیا ، رویکرد SoC ممکن است در مدار مدیریت نیرو صرفه جویی بیشتری کند.و سطح تخته کمتر است.

بعلاوه ، ما معتقدیم که SoC عملکرد بهتری نسبت به رویکرد SiP خواهد داشت و می توان با عملکردهای خودآزمایی ، خود تصحیح و تنظیم ، که با اتصال نزدیک RF و باند پایه بدست می آوریم ، بازده را حتی بهتر کنیم.

نقطه منحنی یادگیری مهم است.از آنجا که در SoC رادیو عمدتا دیجیتال است ، همانطور که پیش می رویم می توانیم اطلاعات عظیمی درباره آنچه در داخل رادیو می گذرد جمع آوری کنیم.این نه تنها به معنای بهبود عملکرد است.این همچنین به معنی اشکال زدایی سریعتر و زمان کوتاهتر برای خرید برای مشتریان است.

هوجمنز: این مزایای دیجیتالی شدن البته در SiP نیز صدق می کند.من فکر می کنم اگر هر دو رویکرد کاملاً مهندسی شده باشد ، اختلاف حاشیه ای خواهد بود.اما اگر مشکلی ایجاد کنید ، هزینه تعمیر SoC می تواند با شما تمام شود.

در هر صورت ، مشخصاً شما باید بر این فن آوری تسلط داشته باشید.با درک این مسئله ، شاید انتخاب راه حل شما باید بر اساس کنترل شما بر فن آوری های موجود و همچنین نیازهای شما به بازار باشد.