歷經數年的技術推展,系統單晶片(SoC)至今已成了市場上隨處可見的晶片解決方案,似乎不再是當年那個高不可攀的技術名詞。不過,今日這些SoC方案其實仍侷限在數位功能的整合上,而一個完整電子系統中不可或缺的類比功能,在SoC中還是難以與數位功能並存的。
SoC先期的技術門檻甚高,它能順利跨越跨越成為今日廣為接受的解決方案,其驅動力來自於市場對於小尺寸、低成本又不會降低功能的迫切需求。同樣的法則也應該適用於數位與類比功能的整合上,不過,由於兩者在技術上的差異甚大,不論從設計策略或開發成本的角度來評量,都讓系統或晶片業者有所保留。
在電路設計上,類比與數位功能就存在著基本的差異。這兩種功能對電壓的需求往往相差十至三十倍,其中類比功能需要有較大的電壓,而高電能的交換電流很容易對低電壓的數位處理器造成運算干擾;對於數位功能來說,往往需要高速的時脈來提升處理效能,但這種高速時脈往往會帶來類比功能所難以忍受的雜訊(Noise)。
另一個整合上的困難則是類比與數位功能在技術上的發展腳步並不一致,當數位功能馬不停蹄地翻新技術或標準時,類比功能則是老神在在、以不變應萬變。在此情況下,若每次為了數位功能的更新,就得重新投資系統中的類比功能,這也不是業者所願意接受的模式,他們往往更傾向於採用一些標準化的數位或類比產品。
不過,這也得視產業而定,以電信或電腦產業來說,數位功能的變化頻繁,讓他們較難開發數位、類比整合的單晶片系統;但對於汽車、醫藥或工業等垂直產業來說,由於他們的產品生命週期相當長,需要的功能也已相當成熟,只要技術及成本上可行,數位、類比的整合晶片是這些領域所樂見的。
針對這個需求,已有製程業者提出一些解決方案,例如採用深渠道隔離(deep trench isolation)技術,也就是在IC基板深處埋入隔離渠道,進而能有效控制晶片中的噪音和電源管理參數問題,此外,它還具有縮小裸晶(die)尺寸的好處。這樣的系統單晶片會率先用在混合訊號的應用上,也就是將放大器、ADC及濾波器(filter)等類比控制及訊號處理功能,與微控制器、記憶體、計時器和邏輯控制功能等數位功能整合在一顆客制化的晶片上。
至於在製程上,微小化的發展法則並不能適用於類比的設計,因為當製程線徑愈微小,類比的設計就愈困難,除非應用上真的對數位功能有迫切的需要,才會選擇以更小的製程技術來開發類比功能。不過將類比功能數位化卻是另一回事,使用數位化的濾波器和數位控制單位具有不易受到長時使用或溫度變動而失去準確性的好處,能提供更高的穩定性。隨著數位處理能力的提升,可以預見將有更多的類比功能轉換為數位訊號的模式。