片上集成半导体传感器设计与优化

  • 此项目在虚拟制造平台上进行霍尔传感器的仿真。利用TCAD软件,此项目对若干设计参数进行仿真和优化,如器件尺寸、掺杂浓度、接触尺寸等,并以霍尔电压和灵敏度曲线,对器件的整体性能进行预测与分析。还对其它可选的工艺步骤进行了仿真与性能比较,如在表面进行P+掺杂,利用P衬底代替N阱进行器件设计等。 

     

    虚拟制造平台的设计流程

    虚拟制造平台的设计流程

    先进硅工艺中的片上静电防护设计与建模

  • TCAD中FinFET器件的3D结构

     

    整体静电防护方案可为多个技术节点中的集成电路提供有效的静电防护。所用保护器件以基于TCAD的器件与工艺仿真进行设计与验证。这些器件可应用在IO的静电防护电路和电源箝制电路中。所开发的静电保护方案能提供高达8000V的人体放电模型(HBM)保护,除去电源闩锁效应。提供静电防护器件的集约模型可与核心电路一起进行快速高效的静电防护仿真。

    • 0.5 um 200V SOI BCD 工艺完整解决方案 (HBM 2000V)
    • 0.35 um CMOS工艺完整解决方案(HBM 4000V)
    • 0.13 um CMOS工艺完整解决方案(HBM 2000V)
    • 65 nm CMOS工艺完整解决方案(HBM 2000V)
    • 55 nm CMOS工艺完整解决方案(HBM 8000V)
    • 40 nm CMOS工艺完整解决方案(HBM 2000V)
    • 16 nm CMOS工艺完整解决方案(HBM 2000V) (on-going)

     

    用于两个电源域的全局静电防护方案

    低功耗蓝牙BLE 4.2和BLE 5系统芯片

  • BLE是短距离无线物联网应用和可穿戴电子产品的关键技术之一。BLE 4.2版本在连接、安全性、速度和可靠性都有显著的提升。BLE 5版本是全新的版本,在性能上将远超之前的版本。BLE 5版本将广播范围扩大四倍,速度提高一倍,数据广播容量提高800%。

    核心技术

    • 射频收发器
    • 数字基带
    • 模拟和数字外设

     

    关键的规格

     BLE 4.2BLE 5
    接收灵敏度-94dBm-104dBm
    输出功率+4dBm+20dBm
    功耗9mW (接收)
    10mW (发射 @0dBm)

     

    低功耗蓝牙芯片架构
    低功耗蓝牙芯片架构

    窄带物联网 (NB-IoT) 解决方案

  • 窄带物联网应用及优势
    窄带物联网应用及优势

     

    应科院提供高集成度的NB-IoT IP解决方案,包括应用于终端和传感器节点上的射频收发器、基带和片上系统。

     

    NB-IoT是基于”公开和受权频谱移动通讯运营商网络的全球标准。它使物联网拓展到网络上任何能够覆盖的地区,打破距离的限制,在更广阔的领域把传感器、控制器、机器、人员和物件等通过新的方式联系在一起。

     

    NB-IoT是2016年6月3GPP发布的版本13全球标准的一部分,针对低功率广域(LPWA)应用而设定,具有以下优点:

    • 低功耗 电池寿命长达10年
    • 低成本 适于大规模部署
    • 增强的覆盖范围 可以覆盖深度遮蔽的环境
    • 海量连接 配合物联网的广泛应用

     

    NB-IoT支持许多不同行业的各种应用,例如:

    • 智慧城市:路灯管理、停车场管理、汽车互联、废物管理
    • 智能读表:智能水表、智能煤气表、智能电表
    • 智能建築:警报系统、门禁、暖通空调(HVAC)控制
    • 环境监测:污染监测
    • 智能制造:工业控制、供应链协调
    • 消费电子:可穿戴电子、追踪应用、白色家电

    片上集成半导体传感器设计与优化


  • 此项目在虚拟制造平台上进行霍尔传感器的仿真。利用TCAD软件,此项目对若干设计参数进行仿真和优化,如器件尺寸、掺杂浓度、接触尺寸等,并以霍尔电压和灵敏度曲线,对器件的整体性能进行预测与分析。还对其它可选的工艺步骤进行了仿真与性能比较,如在表面进行P+掺杂,利用P衬底代替N阱进行器件设计等。

     

    虚拟制造平台的设计流程
    虚拟制造平台的设计流程

    SOI器件建模

  • 此项目利用安捷伦公司的ICCAP软件对0.13微米SOI工艺所生产的器件进行直流与射频建模。器件覆盖MOS管、二极管、三极管等有源器件和电阻、电容、电感等无源器件。MOS管的模型提取涵盖了衬底悬空(FB)器件,衬底单一接触(T型)和衬底双接触(H型)器件。模型则包括温度、噪声及射频模型。对于工艺波动还包括了corner模型。由小组开发的自动化版图设计工具已产生近千个的测试图形。模型通过了商用级QA工具软件MQA的质量检查。

     

    SOI器件直流曲线的模型拟合结果

    先进硅工艺中的片上静电防护设计与建模


  • 整体静电防护方案可为多个技术节点中的集成电路提供有效的静电防护。所用保护器件以基于TCAD的器件与工艺仿真进行设计与验证。这些器件可应用在IO的静电防护电路和电源钳制电路中。所开发的静电保护方案能提供高达8000V的人体放电模型(HBM)保护,除去电源闩锁效应。提供静电防护器件的集约模型可与核心电路一起进行快速高效的静电防护仿真。

    • 0.5 um 200V SOI BCD 工艺完整解决方案 (HBM 2000V)
    • 0.35 um CMOS工艺完整解决方案(HBM 4000V)
    • 0.13 um CMOS工艺完整解决方案(HBM 2000V)
    • 65 nm CMOS工艺完整解决方案(HBM 2000V)
    • 55 nm CMOS工艺完整解决方案(HBM 8000V)
    • 40 nm CMOS工艺完整解决方案(HBM 2000V)
    • 16 nm CMOS工艺完整解决方案(HBM 2000V)

     

    用于两个电源域的全局静电防护方案

    低功耗ADC

  • 应科院已建立起一系列低功耗ADC IP。

    12-14位低功耗逐次逼近性(SAR) ADC实现低功耗低成本模数转换,性能优异,适合用于各种移动、医疗和传感器设备。应科院的IP已在多个不同应用的产品中实现量产。

    主要特性:

    • 采样率可达1Msps
    • 超低功耗,50Ksps条件下小于20uW
    • 11.2位有效位数(ENOB)
    • 已在多个工艺完成硅验证,包括 TSMC 0.18um, TSMC 0.25um, SMIC 0.13um

      

    24位Σ-Δ ADC 是基于sigma delta技术的模数转换器,主要适用于测量等应用。内部包含二阶三比特量化器的噪声整形调制器和数字抽选滤波器。 

    主要特性:

    • 低等效输入噪声:5uVrms
    • 多比特反馈DAC使用能实现低功耗的数据加权平均算法
    • 统一前馈架构以实现低失调
    • 二阶调制器,实现全振幅输入环路稳定
    • 1Ksps采样率
    • 内部或者外部参考电压
    • SPI接口

    用于重力传感器的三通道模拟前端

  • 三通道模拟前端是用作重力传感器应用的高集成解决方案。此IP已授权给主流的SoC设计和服务供货商,并且其产品已量产。

    主要特性:

    • 集成低功耗13位SAR ADC
    • 数字输出的内部温度传感器
    • 低噪声可编程增益放大器
    • 可调节的内部RC振荡器
    • 超低功耗
    • SPI接口

     

     

    SPO2模拟前端

  • SPO2模拟前端是应用于医疗脉搏血氧计的全集成模拟解决方案。支持单个LED或最多三个LED同时工作。支持多种灵活的LED脉冲时序。支持从200Hz到1KHz的脉冲检测间隔。

    主要特性:

    发送端

    • 集成LED驱动(包含H型桥接模式,推拉模式)
    • 8位可编程LED电流,量程可达25mA,50mA,75mA或者100mA
    • 独立LED3,LED2,LED1电流基准

    接收端

    • 等效输入噪声:50pA(RMS) (感光二极管5uA)
    • 5无噪声位数(感光二极管5uA)
    • 模拟环境光消除方案,环境光清除电流可选范围从1uA到10uA
    • 电流转电压放大器可为不同LED分别编程设定七种反馈电阻和电容模式
    • ADC可根据不用应用重构成12位,16位或者20位

     

    SPO2 (1)
    SPO2模拟前端架构图