docWstęp: do czego są potrzebne układy analogowe. Technologie CMOS.
download 
Reklamacja Transkrypt
Wstęp: do czego są potrzebne układy analogowe. Technologie CMOS.
PUAV Wykład 1 Po co układy analogowe? Układy akwizycji danych Przykład: układy odczytu czujników promieniowania + Dyskryminator 1 bit Przetwornik A/C m bitów Przetwornik T/C n bitów Wzmacniacz Układ napięciowy kształtowania lub ładunkowy impulsu Przetworniki i układy cyfrowe Układy transmisji przewodowej Przykład: USB USB 1.1, USB 2.0: masa, +5V, +D, -D Host USB 3.0: jak wyżej, oraz +Tx,-Tx, +Rx,-Rx Hub U Hub U U U D+ max. 3 V D- max. 3 V K J K J K J J J J K K K K lub K J: 0; bez zmiany: 1 obie linie w stanie “low”: koniec Układy transmisji przewodowej Inne standardy: • Ethernet • FireWire • DisplayPort • PCIe • Thunderbolt • SATA i eSATA • i szereg starszych Układy transmisji bezprzewodowej Przykład 1: WiFi (norma IEEE 802.11a/b/g/n/ac) Dwa pasma: 2,4 GHz (b, g) oraz 5 GHz (a, n, ac) Transmisja szerokopasmowa (z widmem rozproszonym), zapewnia: • odporność na interferencje i zaniki • wielodostęp • dobre wykorzystanie dostępnego pasma Układy transmisji bezprzewodowej Przykład 1: WiFi (normy IEEE 802.11a/b/g/n/ac) OFDM (Ortogonalne zwielokrotnianie w dziedzinie częstotliwości): podział strumienia bitów na szereg strumieni przesyłanych na wielu częstotliwościach podnośnych. 802.11n: 52 częstotliwości podnośne, szerokość pasma 16,25 MHz Widmo podnośnej Kompletny sygnał (stosowane też w innych systemach transmisji, np. DSL, DVB, LTE) Układy transmisji bezprzewodowej Przykład 1: WiFi (IEEE 802.11g/n) M M M M D/A FFT X f -1 900 D/A + X Uproszczony schemat nadajnika wzm. mocy Układy transmisji bezprzewodowej Przykład 1: WiFi (IEEE 802.11g/n) X wzm. i filtr f FFT 900 X DM A/D A/D DM DM DM Uproszczony schemat odbiornika Układy transmisji bezprzewodowej Przykład 2: indukcyjne karty bezkontaktowe Zasada: sprzężenie indukcyjne nadajnika z odbiornikiem, transmisja RF energii zasilającej, równocześnie sygnał RF modulowany w celu przesyłania informacji Dwa standardy: 125 kHz, 13,56 MHz Układy transmisji bezprzewodowej Przykład 2: indukcyjne karty bezkontaktowe Demodulator Dane VDD Terminal Prostownik + pompa ładunkowa Modulator GND Blok cyfrowy Dane Modulator zmianą impedancji wpływa na amplitudę lub fazę sygnału RF Układy transmisji bezprzewodowej Inne standardy: • GSM, CDMA • GPS • Bluetooth • DVB-T • LTE • i szereg innych Technologie CMOS Technologie CMOS Tranzystor nMOS M2 (Al) M1 (Al) Tlenek polowy Tranzystor pMOS S Bramka poli typu n Tlenek bramkowy M1 (Al) D Tlenek polowy M1 (Al) D Bramka poli typu n Tlenek bramkowy Wyspa typu n Podłoże typu p Technologia LOCOS z wyspą typu n: do 0,5 μm S Tlenek polowy Technologie CMOS Tranzystor nMOS M2 (Al) M1 (Al) Tlenek polowy Tranzystor pMOS S M1 (Al) D Bramka poli typu n Tlenek bramkowy M1 (Al) Tlenek polowy D Bramka poli typu n Tlenek bramkowy Wyspa typu n Podłoże typu p Technologia LOCOS z wyspą typu n: do 0,5 μm Tranzystor nMOS Tranzystor pMOS M3 (Cu) M2 (Cu) M1 (Cu) S STI M1 (Cu) Poli typu n Wyspa typu p D M1 (Cu) D Poli typu p S Wyspa typu n Warstwa epitaksjalna typu n- STI Podłoże typu p Technologia STI z dwoma wyspami: do 28 nm S Tlenek polowy Technologie CMOS Technologia “stara” (LOCOS) Technologia nanometrowa STI • Podłoże typu p, wyspa typu n • Podłoże typu p, warstwa epitaksjalna typu n (b. słabo domieszkowana), dwa rodzaje wysp • Obszary aktywne ogranicza tlenek polowy • Obszary aktywne ogranicza rowek wypełniony SiO2 (STI) • Bramka: polikrzem typu n • Bramka: dwa typy polikrzemu lub bramka metalowa • Metalizacja Al • Metalizacja Cu • Brak planaryzacji, najwyżej 3 (zwykle 2) warstwy metalu • Planaryzacja (CMP), do kilkunastu warstw metalu • Znacznie bardziej skomplikowana budowa tranzystora Technologie CMOS Budowa tradycyjnego nanometrowego tranzystora Polikrzem lub metal Dielektryk złożony (SiO2 + N + Hf) Kanał naprężony Domieszka Ge Bramka Źródło Dren Wyspa Warstwa epitaksjalna Podłoże LDD Pocket implant Nierównomierny rozkład domieszek w wyspie Technologie CMOS Połączenia: proces damasceński i CMP Fotolitografia połączeń S D D S Technologie CMOS Połączenia: proces damasceński i CMP Fotolitografia połączeń S D D Bariera: Ta/TaN S S D D S Technologie CMOS Połączenia: proces damasceński i CMP Fotolitografia połączeń S D D Bariera: Ta/TaN S Cu (osadzanie elektrolityczne) S D D S S D D S Technologie CMOS Połączenia: proces damasceński i CMP Fotolitografia połączeń S D D Bariera: Ta/TaN S S D Cu (osadzanie elektrolityczne) S D D D S CMP S S D D S Technologie CMOS Technologia FD-SOI: do 10 nm G Kanał BOX Wyspa p D S STI “Hybrid” STI STI S PMOS G Kanał BOX Wyspa n Podł oże p Konfiguracja zwykła D “Hybrid” STI NMOS VDD STI GND Technologie CMOS Technologia FD-SOI: do 10 nm G Kanał BOX Wyspa p D S STI “Hybrid” STI STI S NMOS G Kanał BOX Wyspa n D Podł oże p Konfiguracja “flip well” Obie wyspy połączone z “minusem” zasilania! “Hybrid” STI PMOS GND STI GND Technologie CMOS Technologia FD-SOI: do 10 nm G Kanał BOX Wyspa p D S STI “Hybrid” STI STI S NMOS G Kanał BOX Wyspa n D “Hybrid” Podł oże p Konfiguracja “flip well” Kanał , dielektryk, bramka w obu przypadkach takie same Obie wyspy połączone z “minusem” zasilania! STI PMOS GND STI GND Technologie CMOS Technologia FD-SOI: do 10 nm D “Hybrid” STI “Hybrid” Wyspa n STI STI Wyspa p S NMOS RVT G Kanał BOX Wyspa p izolowana NMOS RVT S D “Hybrid” Wyspa n STI NMOS RVT VDD STI Polaryzacja wyspy VB (VB < VDD) Gł ęboka wyspa n Podł oże p Konfiguracja z głęboką wyspą typu n (triple well) Umożliwia niezależną polaryzację izolowanej wyspy typu p Wyspa p Technologie CMOS Technologia FD-SOI: do 10 nm D “Hybrid” STI “Hybrid” Wyspa n STI STI Wyspa p S NMOS RVT G Kanał BOX Wyspa p izolowana NMOS RVT S D “Hybrid” Wyspa n STI NMOS RVT VDD STI Polaryzacja wyspy VB (VB < VDD) Wyspa p Gł ęboka wyspa n Podł oże p Konfiguracja z głęboką wyspą typu n (triple well) Kanał , dielektryk, bramka we wszystkich przypadkach takie same Umożliwia niezależną polaryzację izolowanej wyspy typu p Technologie CMOS Technologia FD-SOI: do 10 nm Polaryzacja wyspy VB (VB < VDD) NMOS RVT VDD G “Hybrid” Wyspa n STI Kanał BOX Wyspa p izolowana S STI “Hybrid” STI “Hybrid” Wyspa n STI STI D Wyspa p NMOS RVT Wyspa p Gł ęboka wyspa n Podł oże p Konfiguracja z głęboką wyspą typu n (triple well) Kanał , dielektryk, bramka we wszystkich przypadkach takie same Umożliwia niezależną polaryzację izolowanej wyspy typu p Technologie CMOS Technologia nanometrowa FD-SOI • Podłoże typu p (b. słabo domieszkowane), dwa rodzaje wysp • Obszary aktywne ogranicza rowek wypełniony SiO • Bramka: bramka metalowa • Metalizacja Cu • Planaryzacja (CMP), do kilkunastu warstw metalu • Warstwa SiO2 pod obszarem kanału tranzystora • Niedomieszkowany kanał • Konfiguracja “flip well” - “odwrocone wyspy” - dwa rodzaje tranzystorów NMOS i dwa rodzaje PMOS o różnych napięciach progowych • Możliwość regulacji napięcia progowego w dość szerokim zakresie przez zmianę napięcia polaryzacji wysp (STI)
