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Circuiti di interfaccia per sensori e integrazione tridimensionale

Dalla rivista:
Elettronica Oggi

 
Pubblicato il 3 dicembre 2012

I disturbi e i carichi esterni rendono queste interfacce molto critiche per il raggiungimento delle specifiche di sistema, in particolare quando dispositivi basati su diverse tecnologie devono essere collegati.
Il mondo dei circuiti integrati di interfaccia è molto vasto. Si possono prima di tutto identificare due categorie principali:
• interfacce digitali (molto spesso standardizzate a livello internazionale)
• interfacce analogiche (nella maggior parte dei casi non standardizzate)

Ams progetta e produce dispositivi analogici e pertanto ci focalizzeremo su alcune delle problematiche specifiche delle Interfacce Analogiche.
Spostando di un livello la segmentazione del mercato delle interfacce analogiche si possono identificare due categorie principali:
• i circuiti di condizionamento dei segnali di ingresso (per esempio le interfacce con sensori esterni)
• i circuiti di pilotaggio in uscita (per esempio le interfacce con gli attuatori elettronici)

Come vedremo nel corso di quest’articolo i sensori saranno uno dei segmenti a maggior crescita per il mercato dei semiconduttori nei prossimi anni.
Per questo motivo i sensori CMOS e le interfacce analogiche per sensori sono una delle principali aree in cui ams sta investendo. Per esempio attraverso l’acquisizione nel 2011 dell’azienda statunitense Texas Advanced Optoelectronic Solutions Inc. (TAOS).

Fig. 1 – Proiezione 2008 – 2016 per la vendita di sensori a semiconduttore (Fonte: IC Insights)

Tendenze nel mercato dei sensori a semiconduttore
Si prevede che le vendite dei sensori a semiconduttore cresceranno del 18% nel 2012, raggiungendo un livello record di 5.7 miliardi di dollari e che continueranno a crescere a un tasso a doppia cifra fino al 2016. Il catalizzatore di questa crescita sarà la capacità intrinseca dei nuovi prodotti di controllarsi e proteggersi, riconoscere movimenti meccanici, rilevare cambiamenti nell’ambiente circostante e supportare nuove interfacce di utente (Fonte: Rapporto 2012 di IC Insights su Optoelettronica, Sensori e Attuatori).

Sfide tecnologiche
I sensori possono talvolta essere integrati in un dispositivo CMOS ma in molti casi la tecnologia dell’elemento sensibile non è compatibile e un dispositivo di interfaccia dedicato deve essere sviluppato.
I circuiti analogici di interfaccia sensore devono spesso soddisfare specifiche molto stringenti in termini di basso rumore e di potenza dissipata. Ams ha sviluppato processi dedicati e dispositivi ad alte prestazioni che permettono di soddisfare e talvolta eccedere le necessità dei nostri clienti.

Ams offre uno spettro completo di dispositivi standard e dedicati e i seguenti sono solo alcuni degli esempi più interessanti.
Un’applicazione particolarmente complessa è quella del monitoraggio della corrente di batteria delle autovetture. L’intenso utilizzo di dispositivi elettronici all’interno delle autovetture di nuova generazione introduce rilevanti sfide nella gestione delle batterie. Un accurato monitoraggio dei consumi di corrente è pertanto indispensabile.

La famiglia di prodotto AS85xx di ams offre un completo spettro di soluzioni per la gestione di applicazioni a 12V, 48V e ad alta tensione (Li-Ion). La prossima generazione di soluzioni per il monitoraggio/bilanciamento delle singole celle permetterà la soluzione della maggior parte degli attuali problemi in termini di compatibilità elettromagnetica (EMC), costo, dissipazione e accuratezza.
Un’altra interessante applicazione è quella degli scanner per Tomografia Computerizzata (CT) Il principale obiettivo degli scanner di nuova generazione è quello di permettere la realizzazione di immagini di alta qualità con il minore livello possibile di Raggi X.

Accanto a uno scintillatore ad alta prestazione questi sistemi richiedono interfacce analogico digitali molto accurate per convertire in modo ottimale i segnali in uscita dei fotodiodi.
Purtroppo l’elevato numero di componenti elettronici e i percorsi relativamente lunghi aumentano i consumi totali e il livello di rumore prodotto dal rilevatore. Grazie alla tecnologia TSV (Through Silicon Via) offerta da ams, le prestazioni globali di questi sistemi sono state significativamente migliorate, riducendo per esempio i consumi dell’85%.

Interfacce a 3 dimensioni
Come descritto nel precedente esempio le sfide nella progettazione di circuiti di interfaccia analogica possono averi significativi benefici nell’utilizzo di tecnologie TSV e CSP (Chip Scale Package).
La figura 2 mostra un esempio di integrazione tridimensionale raggiungibile con l’utilizzo delle tecnologie offerte da ams.
Grazie a queste tecnologie si possono raggiungere rilevanti miglioramenti in termini di spazio occupato, dissipazione di potenza, velocità e qualità del segnale.

Fig. 2 – Esempio di integrazione tridimensionale raggiungibile con l’utilizzo delle tecnologie offerte da ams

Guardando al futuro riteniamo che le possibilità di integrazione tridimensionale di sensori e interfacce analogiche per sensori possano rappresentare uno dei principali motori di sviluppo del mercato dell’elettronica. Nessuno possiede la boccia di cristallo ma dal nostro punto di vista, dopo la rivoluzione introdotta dai sistemi di calcolo computerizzati che ha pilotato il mercato dei semiconduttori negli anni ‘70 – ‘80 e quella delle comunicazioni che ha guidato il mercato nei 20 anni successivi, la prossima rivoluzione sarà quella dei sensori.
Ams, con i suoi sensori e circuiti di interfaccia analogici è pronta a giocare un ruolo chiave nel supporto di questa transizione fornendo ai propri clienti le soluzioni tecnologiche a elevate prestazioni più innovative del mercato.

Nella foto: Giovanni Chiappano, regional sales director Europe di ams Technologies

Giovanni Chiappano

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