أخبار

نظام داخل حزمة أم نظام على شريحة؟حتى في التصميمات ذات المساحات الضيقة الشديدة ، فإن المستوى الصحيح من التكامل ليس قرارًا سهلاً أبدًا.تُظهر تقنية SiP مستوى جديدًا من النضج ، لا يشبه الأيام الخوالي للوحدات متعددة الرقائق المصممة خصيصًا على ركائز unobtainium.وتعمل تقنية SoC على توسيع نطاق وصولها ، حيث يقوم عدد من البائعين بعمل دوائر RF ذات الإشارات الصغيرة في عمليات Vanilla-CMOS.كيف يقرر فريق التصميم ما إذا كان سيتم وضع مراحل التردد اللاسلكي على نرد منفصل ومحسّن أو دمجها في قالب النطاق الأساسي؟

في مقابلة مع EE Times ، واصل Pieter Hooijmans ، نائب الرئيس ومدير برنامج RF في Philips ، و Bill Krenik ، مدير الهندسة اللاسلكية المتقدمة في شركة Texas Instruments Inc. ، مناقشة بدأت في جلسة نقاشية في مؤتمر الدوائر المتكاملة المخصصة العام الماضي .

إي تايمز: أيها السادة ، للحصول على السؤال الصحيح ، ما هي أفضل استراتيجية للأجهزة اللاسلكية المحمولة المقيدة بشدة اليوم: SiP أو SoC؟

Pieter Hooijmans: اختارت Philips SiP لعدد من الأسباب التي نعتقد أنها مقنعة.أولاً ، يسمح نهج SiP بتصنيع كل كتلة وظيفية وفقًا للتقنية التي تخدمها بشكل أفضل.على الرغم من التحسن الذي لا يمكن إنكاره في أداء ترانزستورات CMOS ، إلا أن هذا لا يزال مهمًا لدوائر التردد اللاسلكي ، وخاصة الدوائر ذات الإشارات الكبيرة.

ثانيًا ، يسمح وجود وحدات مختلفة على أحجار النرد المختلفة باتباع نهج التوصيل والتشغيل لمجموعة من الأسواق.يمكنك عمل العديد من تصميمات الترددات اللاسلكية المختلفة واستخدام التصميم المناسب لكل قطاع من قطاعات السوق ، دون الحاجة إلى تغيير شريحة منطق النطاق الأساسي ، على سبيل المثال.مع SoC ، أنت عالق مع كل ما اخترت وضعه على النرد.

ثالثًا ، يمكن أن يكون SiP أكثر إحكاما في النظام.نظرًا لأنه يمكننا دمج كل الترددات الراديوية ، بما في ذلك مفتاح الهوائي ومضخم الطاقة ، ولأننا نستطيع دمج المكونات السلبية عالية الجودة ، فيمكننا الحصول على حزمة واحدة بإشارة هوائي تدخل وتخرج بيانات رقمية.

بيل كرينيك: دعني أبدأ بالموافقة على الكثير مما قاله بيتر.لا نختلف في مزايا تقنية SiP.ولكن في TI ، نعتقد أن الجمع الدقيق بين تقنية SiP و SoC هو أفضل حل لهذه التطبيقات.

عندما نقوم بدمج دارة RF ذات الإشارة الصغيرة في القالب الرقمي CMOS للنطاق الأساسي ، فإننا نرى مزايا حقيقية في استهلاك الطاقة ومنطقة اللوحة.لا تحصل على هذه التحسينات بمجرد سحب النرد إلى حزمة أكبر - ولا يقلل ذلك من التكلفة حقًا.ما زلنا نحتفظ بوظائف الإشارة الكبيرة ، مثل مفتاح الهوائي ومضخم الطاقة ، خارج شركة نفط الجنوب.

Hooijmans: لذلك نحن لا نختلف حول قيمة SiP.يدور النقاش حول مكان وضع دائرة الإرسال والاستقبال ذات الإشارة الصغيرة.أوافق على أن وضعه في CMOS هو أحد الطرق لتوفير بضع بنسات وبضعة ملليمترات مربعة ، ولكنه ليس بالضرورة أفضل طريقة.هذا القرار له تأثير كبير على تقسيم النظام.

كرينيك: وأعتقد أنه في تكنولوجيا اليوم ، فإن التردد اللاسلكي للإشارة الصغيرة يتناسب بشكل طبيعي مع المنطق الرقمي.إنه يغير تصميم النظام إلى حد ما - بعد كل شيء ، أنت الآن تصمم مرحلة RF مع ترانزستورات CMOS المخصصة للرقمية.لكن هذا له فوائد أيضًا.هذه الترانزستورات لها قدم يزيد عن 100 جيجاهرتز ، ولديك مساحة تخطيط جيدة جدًا للعمل بها.يمكنك اتباع نهج أكثر صرامة في التصميم مما هو ممكن في عمليات التردد اللاسلكي القديمة.

على وجه الخصوص ، إذا كانت الواجهة RF-to-digital داخلية للرقاقة ، فيمكن للنطاق الأساسي مشاركة المعلومات مع مرحلة التردد اللاسلكي بمستوى لن يكون عمليًا باستخدام نرد منفصل.على سبيل المثال ، يمكن استخدام معالج النطاق الأساسي لوضع دائرة الترددات الراديوية في عملية اختبار ذاتي ويمكنه إجراء تكوين سريع لضبط دوائر التردد اللاسلكي لتعويض الجهد أو درجة الحرارة أو تغيرات العملية.

Hooijmans: أوافق.في الواقع ، إذا قمت بتطبيق RF في CMOS الرقمي ، فأنت مجبر على الحصول على مزيد من التحكم الرقمي في مرحلة التردد اللاسلكي بسبب القيود في العملية.ولكن يمكنك استخدام نفس التقنيات الرقمية على قالب ملفق في عملية RF حقيقية ، واستخدامها لتحسين الأداء ، وليس لتعويض أوجه القصور في العملية.

لكني أود أن أعود إلى قضية النمطية.مع ارتفاع عدد الواجهات اللاسلكية التي تحاول دعمها ، هل تضعها جميعًا على SoC الخاص بك؟كيف تتعامل مع SoC الذي يحتوي على 10 واجهات RF؟قضايا سلامة الإشارة ، الحديث المتبادل بين المدخلات ، حتى الضوضاء من النطاق الأساسي الرقمي ستكون قضايا ضخمة.

كرينيك: إنه مشروع كبير.أنا لا أجادل في ذلك.يتعين على جميع مهندسي العمليات والتعبئة والاختبار العمل بشكل وثيق مع فريق تصميم الرقائق حتى ينجح شيء كهذا.لكن هذا هو المستقبل.حتى اليوم ، في Bluetooth ، على سبيل المثال ، يجب أن يكون لديك SoC.

هوجمانز: حسنًا ، لا.نحن في Philips لدينا حل SiP للبلوتوث له نفس الحجم والتكلفة واستهلاك الطاقة مثل حلول SoC.

كرينيك: حسنًا.دعنا نقول فقط أن العديد من البائعين اختاروا نهج الشريحة الواحدة في تلك السوق.هذا صحيح أيضًا بالنسبة لأجهزة استقبال GPS ، وأصبح هذا صحيحًا بالنسبة للشبكات اللاسلكية.أعتقد أن اتجاه السوق نحو SoCs.وأعتقد أن TI قد حلت مشاكل التكامل حتى نتمكن من الذهاب إلى هناك.

Hooijmans: حسنًا ، لنلق نظرة على المستقبل.في المستقبل ، سنرى أنظمة هواتف ذات واجهات لاسلكية متعددة بتركيبات مختلفة ومتطلبات مختلفة للتشغيل المتزامن.هل ستنشئ شركة نفط الجنوب عملاقة واحدة تتضمن جميع الواجهات اللاسلكية التي قد تكون مطلوبة على جهاز هاتف متقدم ، على سبيل المثال؟هذا ليس الطريق للذهاب.إنها ليست مشكلة قابلة للحل.

Krenik: أنت محق في أن الميزات تتدفق تمامًا في الهواتف.وكل ميزة جديدة تجلب الهوائي الخاص بها ، وواجهة الهواء الخاصة بها.كل ما أقوله هو أنه عندما تقوم بتقسيم النظام ، ضع كل راديو مع النطاق الأساسي المقابل له.لذلك ينتهي بك الأمر مع مجموعة من SoCs ؛إنها معيارية للغاية.

من خلال العقدة ذات 65 نانومتر ، أعتقد أننا سنرى قطاعات متميزة تظهر في الأسواق اللاسلكية ، وسيكون لديهم مجموعات ثابتة من الوظائف.لذا يمكننا خدمة كل شريحة رئيسية باستخدام SoC واحد.بعد ذلك ، من خلال خبرتنا في استخدام SoCs في جيل 90 نانومتر ، سنكون في وضع جيد جدًا لإجراء انتقال سهل نسبيًا.

Hooijmans: إذا تطورت مثل هذه الشرائح ، فيمكنك توفير القليل من البنسات.لكنني أعتقد أنه سيكون هناك عدد قليل من هذه القطاعات حيث يمكنك خدمة حجم كبير من الطلب باستخدام شركة نفط الجنوب واحدة.تذكر أننا سنعمل على زيادة التكامل مع نهج SiP أيضًا ، والجمع بين الأشياء حيث يوجد تآزر معماري حقيقي.

كرينيك: لا أتفق مع المكان الذي ستذهب إليه هناك.يزيد نهج SoC من المرونة بدلاً من تقليلها.إنه أكثر مرونة بسبب التكامل الأكثر إحكامًا بين الوظائف.وإذا كان السوق لا يزال يريد نهجًا أكثر نمطية للقطاعات الأقل تحديدًا ، فيمكننا تقديم ذلك أيضًا دون تغيير البنية أو التكنولوجيا.

إيت: بيل ، أعتقد أنك أول شخص سمعته يقترح أن الانتقال من 90 نانومتر إلى 65 نانومتر سيكون سهلاً نسبيًا.

Hooijmans: الترحيل من 90 إلى 65 نانومتر ليس تلقائيًا.سأقول أنه كلما زادت وظائفك في الدوائر الرقمية ، أصبح الأمر أسهل.ولكن في الماضي ، كان ترحيل دارات جهاز الإرسال والاستقبال أصعب من ترحيل النطاق الأساسي الرقمي.في الواقع ، قد نخفض أداء التردد اللاسلكي بشكل عام بالانتقال إلى 65 نانومتر.

كرينيك: لا شيء تافه بعد الآن.سيتعين علينا توفير أماكن إقامة لـ 65 نانومتر في تصميم على مستوى الرقاقة وفي أي مكان آخر.ولكن نظرًا للعدد الكبير من المنتجات الرقمية المهمة التي تمتلكها TI ، يجب على مهندسي العمليات أن يجعلوا الانتقال الرقمي إلى 65 نانومتر أمرًا سهلاً لمصممينا.ثم بالنسبة لدائرة التردد الراديوي ، فإننا ننظر مرة أخرى إلى مجموعة من الترانزستورات الأصغر والأسرع التي تستخدم طاقة أقل.

EET: لقد ذكرت كلاكما الاستخدام المتزايد للدوائر الرقمية لمساعدة الترددات اللاسلكية.هل يتم ذلك بسبب التكامل ، أم أنه أفضل طريقة لتصميم دوائر التردد اللاسلكي في التكنولوجيا الحالية؟

Krenik: هناك بالتأكيد اتجاه لرقمنة دوائر التردد اللاسلكي في TI.في الواقع ، لم تكن الفائدة الكبيرة للتكامل هي الجمع بين حجري نرد بقدر ما كانت تتمثل في الحصول على RF عند القالب مع الدوائر الرقمية حتى يتمكنوا من العمل بشكل وثيق.عندما كنا نقوم بالدراسات المعمارية للهاتف أحادي الشريحة ، خلصنا بسرعة إلى أن أفضل نهج هو زيادة قوة المعالجة الرقمية للتحكم في الدوائر التناظرية.هذا لا ينطبق فقط على الترددات اللاسلكية المتكاملة ؛وينطبق ذلك أيضًا على شرائح الراديو المنفصلة.

Hooijmans: إنه سؤال دجاجة وبيضة.تريد ترحيل دوائر التردد اللاسلكي إلى CMOS بسبب ارتفاع الأقدام وانخفاض التيار.ولكن إذا قمت بالترحيل ، ستجد أن هناك العديد من العيوب في العملية التي تتطلب منك القيام بتعويض رقمي.إذا كنت ستعمل RF في CMOS ، فستقوم بإجراء تصحيح رقمي.ولكن بشكل عام ، هناك بعض المزايا لوجود إشارات تعود إلى مرحلة التردد اللاسلكي من النطاق الأساسي.لهذه الأسباب ، تعتبر التقنية صالحة أيضًا لرقائق التردد الراديوي المستقلة.

EET: إذن باستخدام التكنولوجيا الرقمية في كلتا الحالتين ، هل هناك اختلاف في جدوى التصميم بين نهج SiP و SoC؟

Hooijmans: باستخدام SiP ، يمكنك استخدام تقنيات محسنة لكل وظيفة.لكي تكون أفضل ما لديهم ، يحتاج كل من مفتاح الهوائي ومضخم الطاقة ومرشحات SAW إلى تقنية المعالجة الخاصة بهم.ضمن هذا القيد ، عدد أقل من النرد هو الأفضل.نحن نتحدث فقط عن تقسيم مختلف قليلاً.

كرينيك: منظمة الشفافية الدولية تدعو أيضًا إلى SiPs.كل تلك المكونات الأخرى خارج SoC مهمة أيضًا.ولكن حتى مع SiP ، من المفيد الحصول على أكبر قدر ممكن من قالب القاعدة.يؤدي خلط كل هذه التقنيات إلى جعل تصميم SiP أكثر تعقيدًا.

Hooijmans: حسنًا ، هناك الكثير من SiPs قيد الإنتاج في Philips.أود أن أقول إنها تقنية يمكن التحكم فيها تمامًا.

كرينيك: ربما.ولكن هناك دعوة أعلى هنا.إن كلا من SiP و SoC ضروريان لتطور الهاتف.نحن ننظر إلى الهواتف المحمولة في المستقبل التي تحتوي على أكثر من عشرة أجهزة راديو لوظائف مختلفة.لن نتمكن من القيام بذلك دون إتقان كل من SiP و SoC.

إيت: أخيرًا ، نأتي إلى مسألة التكلفة.إذا تم تصميم كل من SiP و SoC جيدًا ، فهل حقًا أسلوب واحد أقل تكلفة من الآخر؟

كرينيك: نعتقد أن تكلفة SoC ستكون أقل.إنه يجعل تكامل الهاتف أبسط ، ويوفر اقترانًا أوثق بين دوائر التردد اللاسلكي ودائرة النطاق الأساسي ، كما أنه يحتوي على إجمالي استهلاك أقل للطاقة.تعني هذه النقطة الأخيرة ، ثانيًا ، أن نهج SoC قد يوفر المزيد من المال في دائرة إدارة الطاقة.ومساحة اللوحة أقل.

علاوة على ذلك ، نعتقد أن شركة نفط الجنوب ستحقق نتائج أفضل من نهج SiP ، ويمكننا جعل العائد أفضل من خلال وظائف الاختبار الذاتي والتصحيح الذاتي والضبط التي نحصل عليها من خلال الاقتران الوثيق بين التردد اللاسلكي والنطاق الأساسي.

نقطة منحنى التعلم مهمة.لأنه في SoC ، يكون الراديو رقميًا إلى حد كبير ، ونحن نمضي قدمًا في جمع كمية هائلة من البيانات حول ما يجري داخل الراديو.هذا لا يعني فقط تحسينات.وهذا يعني أيضًا تصحيح الأخطاء بشكل أسرع ووقت أقصر للتسويق لعملائنا.

Hooijmans: تنطبق مزايا الرقمنة هذه أيضًا على SiP بالطبع.أعتقد أنه إذا تم تصميم كلا النهجين بشكل جيد ، فسيكون الفرق هامشيًا.ولكن إذا أحدثت فوضى في شيء ما ، فإن تكلفة إصلاح SoC قد تتلاشى معك.

في كلتا الحالتين ، من الواضح أنه يجب عليك إتقان التكنولوجيا.إدراكًا لذلك ، ربما يجب أن يعتمد اختيارك للحل على تحكمك في التقنيات المعنية وكذلك على احتياجاتك في السوق.