EO_482

ANALOG/MIXED SIGNAL IPASSIVES TECHNOLOGY 28 - ELETTRONICA OGGI 482 - NOVEMBRE/DICEMBRE 2019 Vantaggi dei passivi integrati Prima di esaminare i vantaggi che i passivi integrati han- no rispetto ai passivi discreti, occupiamoci delle origini dei passivi integrati. I circuiti integrati contengono mi- lioni di transistor collegati tra loro mediante intercon- nessioni metalliche ben definite. Sono stati sviluppati speciali processi per applicazioni di tipo analogico (es. DAC e ADC) che contengono, oltre ai transistor, una se- rie di componenti passivi, tra cui resistori e condensa- tori. Per raggiungere le prestazioni richieste da queste applicazioni analogiche di precisione, sono stati svilup- pati componenti passivi di qualità elevata. Sono questi componenti a venir utilizzati per costruire passivi inte- grati. Così come i circuiti integrati possono contenere molti transistor, i passivi integrati possono contenere molti componenti passivi di qualità elevata su una su- perficie molto piccola. I passivi integrati, come i circuiti integrati, vengono prodotti su substrati di grandi dimen- sioni (wafer) in cui vengono realizzate più reti di passivi contemporaneamente. Uno dei vantaggi più interessan- ti offerti dai passivi integrati rispetto ai passivi discreti è l’accoppiamento preciso che consentono di ottenere. Nelle reti di passivi integrati tutti i componenti vengo- no prodotti contemporaneamente, alle stesse condizioni, con gli stessi materiali e, data la compattezza della rete, praticamente nello stesso luogo. I componenti passivi così realizzati hanno molte più possibilità di avere un elevato grado di accoppiamento rispetto ai componenti passivi discreti. Prendiamo, ad esempio, un’applicazio- ne che richiede due resistori accoppiati. Tali resistori vengono fabbricati su substrati circolari come i wafer di silicio (Fig. 1). A seguito di alcune piccole variazioni di processo, tra cui spessore e proprietà chimiche del film, resistenza di contatto e così via, si verifica un cer- to livello di variazione della resistenza in un lotto e una variazione maggiore tra lotti differenti. Nell’esempio del- la figura 1, il verde scuro indica che la resistenza è sul lato alto dell’intervallo di tolleranza e il giallo indica che la resistenza è sul lato basso dell’intervallo di tolleranza. Per i dispositivi discreti standard è possibile che ognuno dei due resistori provenga da lotti di produzione diversi, come indicato dai due resistori rappresentati in rosso. I due resistori discreti possono trovarsi ai due estremi dell’intervallo di tolleranza, quindi l’accoppiamento non è di qualità. È possibile, in fase di ordine, richiedere due resistori discreti scelti dallo stesso lotto, come indicato dai due resistori rappresentati in blu. L’intervallo di tolle- ranza in un solo lotto è visibile tra i due resistori. Mentre l’accoppiamento tra questi resistori è migliore di quel- lo dell’esempio casuale, c’è ancora spazio per un certo grado di disaccopiamento. Infine, con i passivi integrati, i due resistori provengono dallo stesso die, come indicato dai resistori rappresentati in nero nella figura 1. I due re- sistori differiranno di una quantità al massimo pari all’in- tervallo di tolleranza del die, quindi l’accoppiamento tra questi sarà eccellente. Si possono utilizzare altre tecni- che più sofisticate per ridurre ulteriormente il divario tra i due resistori, avendo come risultato componenti per- fettamente accoppiati. L’accoppiamento tra componenti passivi integrati non è solo migliore rispetto ai passivi a tempo zero, ma anche le variazioni con la temperatura, le sollecitazioni meccaniche e l’invecchiamento saranno nella medesima direzione, conservando un elevato gra- do di accoppiamento in tutte le situazioni. I singoli componenti nei passivi integrati vengono posi- zionati molto vicini tra loro (a pochi micron di distanza), per cui i parassitismi dovuti alle interconnessioni (resi- stenza e induttanza delle tracce) possono essere ridotti a un minimo assoluto. Nei circuiti stampati i parassitismi dovuti alle interconnessioni possono essere variabili a seguito delle tolleranze delle tracce e di posizionamento dei componenti. Nel caso dei passivi integrati le tolleran- ze d’interconnessione e di posizionamento dei compo- nenti sono estremamente rigorose a causa dei processi fotolitografici utilizzati nella produzione. Nei passivi in- tegrati i parassitismi, oltre ad essere molto piccoli, sono altamente prevedibili, quindi se ne può tener conto in modo affidabile. La miniaturizzazione delle reti di passivi con passivi integrati offre il semplice vantaggio di rende- re i circuiti stampati più piccoli, cui consegue una ridu- zione dei costi da un lato, e dall’altro un aumento delle funzionalità e delle prestazioni che si possono ottenere con un ingombro più compatto. L’uso di passivi integrati rende più efficiente la creazione di sistemi con un nume- ro elevato di canali. Un altro importante vantaggio dei passivi integrati è la solidità della rete di cablaggio che li circonda. Invece di ricorrere a numerose connessioni saldate, i passivi integrati sono sostanzialmente forgiati insieme creando un’unità completa, sigillati con il vetro e ulteriormente protetti con un robusto contenitore di pla- stica. Le reti passive integrate evitano problemi quali sal- dature fredde, corrosione o componenti mal posizionati. Un altro vantaggio delle reti di passivi integrati perfetta- mente sigillate è una netta riduzione dei nodi esposti nel sistema, il che comporta anche una notevole riduzione delle possibilità che i sistemi vengano danneggiati da cortocircuiti o scariche elettrostatiche (ESD) accidenta- li. Mantenere e controllare le scorte di componenti per qualsiasi circuito stampato è un compito abbastanza Fig. 1 – Accoppiamento di resistori discreti e resistori passivi