上傳時間:2012年2月24日 關鍵詞:CMOS、雙極型器件
混合信號與低功耗應用  據(jù)觀察,在特定的醫(yī)療應用中,雙極性器件的模擬性能優(yōu)于CMOS器件。但有些應用需要處理混合信號,對于模擬和數(shù)字兩種處理能力都有要求。這類應用一般都需要有極低功耗的運行能力?! ±纾呐K起搏器等植入式設備要以有限的電源長期工作。這種設備既需要低功耗模擬電路來檢測身體的生理信號,又需要低功耗數(shù)字及存儲器功能來轉(zhuǎn)換和存儲這些信號。此外,高級植入式設備還需要低功耗無線通信為體外的基本單元傳輸信息?! ⊥ㄟ^對信號類型和工作模式進行更深入的分析,可以看出這些設備一般都具有低占空比。比如,它們只有在進行測量或處理的極短時間內(nèi)被激活,其余大部分時間都處于休眠狀態(tài)。占空比不足 1%的情況在這些應用中并不少見。另一個特性是大多數(shù)信號本身都處于低頻率狀態(tài)。因此數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器的帶寬和采樣頻率可限定為數(shù)十千赫茲甚至更低。此外,一些使用的外部電池供電的消費類設備也具有類似的性能與功耗要求?! 「鶕?jù)以上要求,這些設備還需具備低斷態(tài)漏電電流。這就意味著在這種工藝技術中必須權衡性能與漏電。一般來說,這些工藝的柵極長度在130nm到350nm之間,將來也可能達到到90nm。對于可移植設備而言,漏電流性能可隨工藝、溫度或電源的變化而變化,這是一個重要參數(shù),因為它將直接影響電池的使用壽命。圖4顯示了采用NMOS工藝設備的漏電流(Ioff)與驅(qū)動電流(Idrive)隨溫度變化而變化的情況。Idrive與溫度變化關系不大,而Ioff則具有顯著的溫度相關性。圖5是PMOS設備的溫度相關性圖。由于溫度變化幅度不大,Ioff隨溫度變動的情況可以接受。圖6所示的是環(huán)形振蕩器頻率,是一項顯示設備電源電壓功能典型的品質(zhì)因數(shù),在實際應用中也可作為權衡漏電與性能的準則。
圖4:NMOS設備中漏電流與驅(qū)動電流隨溫度變化
圖4:NMOS設備中漏電流與驅(qū)動電流隨溫度變化
  
圖5:PMOS設備中漏電流與驅(qū)動電流隨溫度變化
圖5:PMOS設備中漏電流與驅(qū)動電流隨溫度變化
  
圖6:環(huán)形振蕩器頻率被看作電源功能之一
圖6:環(huán)形振蕩器頻率被看作電源功能之一
  設計低功耗混合信號設備的另一個重要組件是高可靠性、小型、低功耗非易失性存儲器。鐵電存儲器(FRAM)可提供獨特的性能,是眾多應用中極具吸引力的非易失性存儲器選擇,其與眾不同的特性包括類似RAM的快速寫入速度、低電壓低功耗寫入工作、超長使用壽命以及高靈活度的架構等。該存儲器已經(jīng)集成至上文所述的低功耗數(shù)字工藝技術中?! RAM的工作電壓為1.5V,與浮柵器件不同,它不需要充電泵。與所有非易失性存儲器一樣,其可靠性問題主要涉及寫入/讀取周期持久性、數(shù)據(jù)保持以及高溫使用壽命。即便在多次工作之后,F(xiàn)RAM也可保持優(yōu)異的非周期和周期位性能。封裝技術  當需要在同一IC中實現(xiàn)不同性能指標時,可高效使用封裝技術。例如,一些應用需要同時具有低噪聲、低功耗數(shù)字性能,可通過將兩種不同工藝的硅裸片布置在同一封裝中來實現(xiàn)??蓪⒐杪闫M行堆棧,節(jié)省電路板空間。隨著封裝技術的不斷發(fā)展,還可將電感器與電容器等無源元件集成在封裝內(nèi)。板上裸片貼裝(Chip on Board)技術能夠?qū)⒄麄€IC完全嵌入到印刷電路板中,為密集型應用節(jié)省寶貴的空間。
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