片上集成半導體傳感器設計與優化

  • 此項目在虛擬製造平臺上進行霍爾傳感器的仿真。利用TCAD軟件,此項目對若干設計參數進行仿真和優化,如器件尺寸、摻雜濃度、接觸尺寸等,並以霍爾電壓和靈敏度曲線,對器件的整體性能進行預測與分析。還對其它可選的工藝步驟進行了仿真與性能比較,如在表面進行P+摻雜,利用P襯底代替N阱進行器件設計等。 

     

    虛擬製造平臺的設計流程

    虛擬製造平臺的設計流程

    低功耗藍牙BLE 4.2和BLE 5系統芯片

  • BLE是短距離無線物聯網應用和可穿戴電子產品的關鍵技術之一。 BLE 4.2版本在連接、安全性、速度和可靠性都有顯著的提升。BLE 5版本是全新的版本,在性能上將遠超之前的版本。BLE 5版本將廣播范圍擴大四倍,速度提高一倍,數據廣播容量提高800%。

    核心技術

    • 射頻收發器
    • 數字基帶
    • 模擬和數字外設

     

    關鍵的規格

      BLE 4.2 BLE 5
    接收靈敏度 -94dBm -104dBm
    輸出功率 +4dBm +20dBm
    功耗 9mW (接收)
    10mW (發射 @0dBm)

     

    低功耗藍牙芯片架構
    低功耗藍牙芯片架構

    窄帶物聯網 (NB-IoT) 解決方案

  • 窄帶物聯網應用及優勢
    窄帶物聯網應用及優勢

     

    應科院提供高集成度的NB-IoT IP解決方案,包括應用於終端和傳感器節點上的射頻收發器、基帶和片上系統。

     

    NB-IoT是基於公開和受權頻譜移動通訊運營商網絡的全球標準。它使物聯網拓展到網絡上任何能夠覆蓋的地區,打破距離的限制,在更廣闊的領域把傳感器、控制器、機器、人員和物件等通過新的方式聯系在一起。

     

    NB-IoT是2016年6月3GPP發布的版本13全球標準的一部分,針對低功率廣域(LPWA)應用而設定,具有以下優點:

    • 低功耗 電池壽命長達10年
    • 低成本 適於大規模部署
    • 增強的覆蓋范圍 可以覆蓋深度遮蔽的環境
    • 海量連接 配合物聯網的廣泛應用

     

    NB-IoT支持許多不同行業的各種應用,例如:

    • 智慧城市:路燈管理、停車場管理、汽車互聯、廢物管理
    • 智能讀錶:智能水錶、智能煤氣錶、智能電錶
    • 智能建築:警報系統、門禁、暖通空調(HVAC)控制
    • 環境監測:污染監測
    • 智能製造:工業控制、供應鏈協調
    • 消費電子:可穿戴電子、追踪應用、白色家電

    片上集成半導體傳感器設計與優化


  • 此項目在虛擬製造平臺上進行霍爾傳感器的仿真。利用TCAD軟件,此項目對若干設計參數進行仿真和優化,如器件尺寸、摻雜濃度、接觸尺寸等,並以霍爾電壓和靈敏度曲線,對器件的整體性能進行預測與分析。還對其它可選的工藝步驟進行了仿真與性能比較,如在表面進行P+摻雜,利用P襯底代替N阱進行器件設計等。

     

    虛擬製造平臺的設計流程
    虛擬製造平臺的設計流程

    SOI器件建模

  • 此項目利用安捷倫公司的ICCAP軟件對0.13微米SOI工藝所生產的器件進行直流與射頻建模。器件覆蓋MOS管、二極管、三極管等有源器件和電阻、電容、電感等無源器件。MOS管的模型提取涵蓋了襯底懸空(FB)器件,襯底單一接觸(T型)和襯底雙接觸(H型)器件。模型則包括溫度、噪聲及射頻模型。對於工藝波動還包括了corner模型。由小組開發的自動化版圖設計工具已產生近千個的測試圖形。模型通過了商用級QA工具軟件MQA的質量檢查。

     

    SOI器件直流曲線的模型擬合結果

    先進硅工藝中的片上靜電防護設計與建模


  • 整體靜電防護方案可為多個技術節點中的集成電路提供有效的靜電防護。所用保護器件以基於TCAD的器件與工藝仿真進行設計與驗證。這些器件可應用在IO的靜電防護電路和電源箝制電路中。所開發的靜電保護方案能提供高達8000V的人體放電模型(HBM)保護,除去電源閂鎖效應。提供靜電防護器件的集約模型可與核心電路一起進行快速高效的靜電防護仿真。

    • 0.5 um 200V SOI BCD 工藝完整解決方案 (HBM 2000V)
    • 0.35 um CMOS工藝完整解決方案(HBM 4000V)
    • 0.13 um CMOS工藝完整解決方案(HBM 2000V)
    • 65 nm CMOS工藝完整解決方案(HBM 2000V)
    • 55 nm CMOS工藝完整解決方案(HBM 8000V)
    • 40 nm CMOS工藝完整解決方案(HBM 2000V)
    • 16 nm CMOS工藝完整解決方案(HBM 2000V)

     

    用於兩個電源域的全局靜電防護方案
    用於兩個電源域的全局靜電防護方案

     

    低功耗ADC

  • 應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實現低功耗低成本模數轉換,性能優異,適合用於各種移動、醫療和傳感器設備。應科院的IP已在多個不同應用的產品中實現量產。

    主要特性:

    • 採樣率可達1Msps
    • 超低功耗,50Ksps條件下小於20uW
    • 11.2位有效位數(ENOB)
    • 已在多個工藝完成硅驗証,包括 TSMC 0.18um, TSMC 0.25um, SMIC 0.13um

        

    24位Σ-Δ ADC 是基於sigma delta技術的模數轉換器,主要適用於測量等應用。內部包含二階三比特量化器的噪聲整形調制器和數位抽選濾波器。 

    主要特性:

    • 低等效輸入噪聲:5uVrms
    • 多比特反饋DAC使用能實現低功耗的數據加權平均算法
    • 統一前饋架構實以現低失調
    • 二階調制器,實現全振幅輸入環路穩定
    • 1Ksps採樣率
    • 內部或者外部參考電壓
    • SPI接口

    用於重力傳感器的三通道類比前端

  • 三通道類比前端是用作重力傳感器應用的高集成解決方案。此IP已授權給主流的SoC設計和服務供應商,並且其產品已量產。

    主要特性:

    • 集成低功耗13位SAR ADC
    • 數位輸出的內部溫度傳感器
    • 低噪聲可編程增益放大器
    • 可調節的內部RC振蕩器
    • 超低功耗
    • SPI接口

     

     

    SPO2類比前端

  • SPO2類比前端是應用於醫療脈搏血氧計的全集成模擬解決方案。支持單個LED或最多三個LED同時工作。支持多種靈活的LED脈衝時序。支持從200Hz到1KHz的脈衝檢測間隔。

    主要特性:

    發送端

    • 集成LED驅動(包含H型橋接模式,推拉模式)
    • 8位可編程LED電流,量程可達25mA,50mA,75mA或者100mA。
    • 獨立LED3,LED2,LED1電流基準

    接收端

    • 等效輸入噪聲:50pA(RMS) (感光二極管5uA)
    • 5無噪聲位數(感光二極管5uA)
    • 類比環境光消除方案,環境光清除電流可選范範圍從1uA到10uA
    • 電流轉電壓放大器可為不同LED分別編程設定七種反饋電阻和電容模式
    • ADC可根據不用應用重構成12位,16位或者20位
    SPO2 (1)
    SPO2類比前端架構圖

    非製冷紅外微測輻射熱計讀出集成電路

  • 應科院的非製冷紅外微測輻射熱計讀出集成電路是一種高分辨率、低功耗和低噪聲的信號檢測集成電路。一般用於需要高分辨率影像的熱像應用方案,比如夜視,安全監控和醫學成像。

    主要特性:

    •  面陣分辨率640×480
    • 像元中心距20um
    • 非製冷操作(可選擇有/無熱電製冷器)
    • 積分時間可調
    • 積分電容可調
    • 兩通道模擬輸出
    • SPI控製數位選擇模式
    • 功耗<360mW(無熱電製冷器)
    • 輸出動態范圍:0V-4.0V
    • 集成溫度傳感器
    • 典型反應靈敏度:10mV/K
    • 幀率可達60Hz
    • 行讀出模式
    • 用戶可自定義窗口大小