EO_502

ELETTRONICA OGGI 502 - MAGGIO 2022 42 ANALOG ANALOG DESIGN insieme all’elemento MEMS, va a costituire un unico circuito integrato System-in-Package (SiP). Le tecnologie di processo per semiconduttori analogici ottimizzano i profili di consumo energetico dei circuiti integrati Il design dei semiconduttori continua a progredire. I semiconduttori, come i circuiti integrati, sono prodotti litograficamente con una geometria specifica che definisce le dimensioni di ciascun nodo di processo. Più piccola è la geometria, maggiore è la densità del transistor. A parità di spazio, ciò consente di ottenere dispositivi più complessi e sofisticati. Invece di ospitare una singola funzione, ad esempio un microcontrollore, un System-on-Chip (SoC) altamente integrato fornisce le risorse per ospitare in un unico package altri blocchi, ad esempio un ricetrasmettitore wireless, un circuito di elaborazione del segnale analogico, dei sensori, unmodulo di gestione dell’alimentazione, delle risorse di memoria, Z X Y 1 Fig. 3 – Misura delle forze di accelerazione e decelerazione su tre assi relative al package IC di un sensore MEMS (Fonte: ST Microelectronics) dei componenti passivi e dei controller di codifica. Questo approccio rappresenta un’ottima opportunità per i progettisti che sviluppano applicazioni IoT alimentate a batteria e soggette a limitazioni di spazio. Dieci anni fa, una tipica geometria a livello di nodo di processo era di 28 nm. Oggi 10nme 7 nmsono all’ordine del giorno. Alcuni impianti di produzione di semiconduttori, chiamati fonderie, sono attrezzati per la produzione a 5 nm e 3 nm. Alcuni circuiti integrati non richiedono nodi di processo avanzati, quindi i progetti con geometria di generazione precedente rappresentano attualmente una valida alternativa a basso costo. Ad esempio, sono ancora richiesti nodi di processo a 55 nm e 65 nm, in particolare per i semiconduttori con funzioni analogiche. Molti circuiti integrati analogici utilizzano ancora processi a 300 nm. Oltre ai nodi di processo, anche la tecnologia di processo utilizzata per creare l’IC è notevolmente avanzata. Gli elementi di valutazione per l’adozione di una tecnologia di processo rispetto a un’altra, come la BCD (Bipolar CMOS DMOS), sono l’idoneità alle applicazioni specifiche o gli attributi elettrici. La tecnologia BCD, sviluppata da ST Microelectronics, combina il meglio dei mondi CMOS e DMOS. La CMOS (complementary metal oxide semiconductor) è alla base di molti circuiti integrati digitali mentre la DMOS (double diffused metal oxide semiconductor) è più adatta ai semiconduttori ad alta tensione e di potenza superiore. Altre tecnologie di processo permettono di ridurre il consumo energetico attivo e in standby dei circuiti integrati e le correnti di dispersione. Questi sono requisiti vitali per qualsiasi dispositivo alimentato a batteria, come i sensori industriali e i dispositivi di raccolta dati portatili. La figura 4 illustra le caratteristiche della tecnologia di processo SOTB (silicon on thin buried oxide) sviluppata da Renesas rispetto ad altre tecnologie. Alcuni fornitori di semiconduttori per l’apprendimento automatico si stanno rivolgendo a tecniche analogiche per creare dei circuiti integrati a rete neurale ad alta densità e con consumi estremamente bassi per condurre l’inferenza all’endpoint di un’implementazione IoT industriale. Questo approccio consente a un circuito integrato a rete neurale dedicato di monitorare il verificarsi di eventi specifici; No Compromises Max. Frequency Active Current Standby Current Higher Lower High Low High Low Conventional Technology Larger Geometry • • • Smaller Geometry • • • SOTP Technology • • • Fig. 4 – Tecnologia di processo SOTB Renesas a confronto (Fonte: Renesas)