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Full-custom ASIC-Entwicklung im IPE
Was sind full-custom
ASICs?
Full-custom
ASICs sind monolithisch integrierte Schaltungen (ICs), bei denen alle
Strukturen auf dem Halbleiterchip kunden- bzw. anwendungsspezifisch sind.
Solche Bausteine können sowohl digitale als auch analoge Schaltungsteile
enthalten ("mixed-signal") und bieten maximale Flexibilität, da vollkommen
individuelle Schaltungskonzepte realisiert werden können.
Im IPE werden full-custom ASICs mit Hilfe eines umfangreichen Softwarepaketes
der Fa. CADENCE entwickelt. Verwendung finden sie vor allem in der
Mikrosensorik und -aktorik, wo es auf größtmögliche Miniaturisierung, geringen
Leistungsverbrauch und optimale Anpassung an die Mikrosensor- oder
-aktorelemente (z.B. Beschleunigungs-, Gassensoren, etc.) ankommt. Interessant
ist auch die Realisierbarkeit von 'Systems on Chip' (SoC) mit Hilfe von
full-custom ASICs. Ein Beispiel hierfür ist ein Sensorsystem, bei dem von der
analogen Sensorauswertung über A/D-Wandlung, Microcontroller, Power Management
und Businterface alles auf einem einzigen Siliziumchip untergebracht ist.
Beispiele für im IPE entwickelte full-custom ASICs
HPE604V1B (1999)
Der
HPE604V1B ist eine erste Realisierung eines ASICs für ein hochauflösendes
triaxiales Beschleunigungssensor-Mikrosystem.
Es handelt sich um einen Auswertechip für mikromechanische kapazitive
Beschleunigungssensorelemente, der nach dem Prinzip des Elektromechanischen
Sigma-Delta-Wandlers arbeitet. Besonderheiten sind die hohe Auflösung sowie
zahlreiche Schaltungsdetails, die den praktischen Betrieb dieses
Auswertekonzeptes in Verbindung mit einer Vielzahl kommerzieller
mikromechanischer Sensorelemente erst ermöglichen. Insbesondere musste eine
besondere 'High-Voltage' CMOS-Technologie gewählt werden, die die zur
elektrostatischen Kraftkompensation im Sensorelement nötigen Spannungen von bis
zu 20V verarbeiten kann.
HPE604V1B - A Sigma-Delta Accelerometer Prototype ASIC (Vortragsmaterial in PDF-Format, ca 230kB)
HPE604V2B (2000)
Der
HPE604V2B ist eine Weiterentwicklung des HPE604V1B. Gegenüber diesem sind nun drei
Beschleunigungskanäle auf einem einzigen Chip zusammengefaßt, darüberhinaus
erfolgte eine Portierung des Designs auf einen moderneren
0,8µm-HV-CMOS-Prozess.
Datenblatt (datasheet, english) im PDF-Format, ca. 108kB
IPE211V1B (2002)
Der
IPE211V1B ist ein erster Prototyp einer Photodiodenzeile mit integrierten
per-pixel ADCs. Er dient der Evalution eines Konzeptes
für ein hochintegriertes VIS-Spektrometer in Verbindung mit einem LIGA-Mikrospektrometerbaustein.
Die Photodiodenzeile selbst besteht aus zunächst (im Prototyp) 64 Einzeldioden
mit 25µm Pitch und einer Pixelhöhe von 600µm. Der Chip enthält für jedes
Photodiodenelement einen Sigma-Delta-ADC erster Ordnung mit einem
nachgeschalteten 16-bit-Zähler als Dezimierungsfilter. Die Ausgabe der
digitalisierten Photostromwerte erfolgt über eine schnelle synchrone serielle
Schnittstelle (SSC-Interface).
Kontakt: Dr. S. Wüstling