历经数年的技术推展,系统单晶片(SoC)至今已成了市场上随处可见的晶片解决方案,似乎不再是当年那个高不可攀的技术名词。不过,今日这些SoC方案其实仍局限在数位功能的整合上,而一个完整电子系统中不可或缺的类比功能,在SoC中还是难以与数位功能并存的。
SoC先期的技术门槛甚高,它能顺利跨越跨越成为今日广为接受的解决方案,其驱动力来自于市场对于小尺寸、低成本又不会降低功能的迫切需求。同样的法则也应该适用于数位与类比功能的整合上,不过,由于两者在技术上的差异甚大,不论从设计策略或开发成本的角度来评量,都让系统或晶片业者有所保留。
在电路设计上,类比与数位功能就存在着基本的差异。这两种功能对电压的需求往往相差十至三十倍,其中类比功能需要有较大的电压,而高电能的交换电流很容易对低电压的数位处理器造成运算干扰;对于数位功能来说,往往需要高速的时脉来提升处理效能,但这种高速时脉往往会带来类比功能所难以忍受的杂讯(Noise)。
另一个整合上的困难则是类比与数位功能在技术上的发展脚步并不一致,当数位功能马不停蹄地翻新技术或标准时,类比功能则是老神在在、以不变应万变。在此情况下,若每次为了数位功能的更新,就得重新投资系统中的类比功能,这也不是业者所愿意接受的模式,他们往往更倾向于采用一些标准化的数位或类比产品。
不过,这也得视产业而定,以电信或电脑产业来说,数位功能的变化频繁,让他们较难开发数位、类比整合的单晶片系统;但对于汽车、医药或工业等垂直产业来说,由于他们的产品生命周期相当长,需要的功能也已相当成熟,只要技术及成本上可行,数位、类比的整合晶片是这些领域所乐见的。
针对这个需求,已有制程业者提出一些解决方案,例如采用深渠道隔离(deep trench isolation)技术,也就是在IC基板深处埋入隔离渠道,进而能有效控制晶片中的噪音和电源管理参数问题,此外,它还具有缩小裸晶(die)尺寸的好处。这样的系统单晶片会率先用在混合讯号的应用上,也就是将放大器、ADC及滤波器(filter)等类比控制及讯号处理功能,与微控制器、记忆体、计时器和逻辑控制功能等数位功能整合在一颗客制化的晶片上。
至于在制程上,微小化的发展法则并不能适用于类比的设计,因为当制程线径愈微小,类比的设计就愈困难,除非应用上真的对数位功能有迫切的需要,才会选择以更小的制程技术来开发类比功能。不过将类比功能数位化却是另一回事,使用数位化的滤波器和数位控制单位具有不易受到长时使用或温度变动而失去准确性的好处,能提供更高的稳定性。随着数位处理能力的提升,可以预见将有更多的类比功能转换为数位讯号的模式。