Mit der Eventreihe IMES Lectures lädt das IMES Institut für Mikroelektronik, Embedded Systems und Sensorik alle Interessierten zu regelmässigen Abendveranstaltungen ein. Thema der Lecture im März waren die Herausforderungen im Microchip Design.
Den Einstieg in den Abend machte Roman Willi vom IMES. In seinem Referat eröffnete er den Gästen Einblicke in ein Projekt, bei dem Optische HDMI Kabel ohne externe Stromversorgung ausgestattet werden. Mit HDMI Kabeln werden heute schnell und über grosse Strecken viele Daten übertragen. Die Übertragung der Daten erfolgt über einen Optischen Kanal mit Lichtwellenleitern. Um die optischen Signale wieder in elektrische zu wandeln, benötigt das Kabel eine externe Stromversorgung. Roman Willi hat in Zusammenarbeit mit Tetra Semiconductors einen Chip entwickelt, mit welchem diese externe Stromversorgung nicht mehr benötigt wird. Der ASIC integriert einen DC-DC Wandler. Der ASIC ermöglicht eine stabile optische Verbindung und ein kostengünstigeres HDMI Kabel.
Chips für den Audiobereich
Dr. Erich Zwyssig von der Firma Cirrus Logic vom Standort Edinburgh kam nach Rapperswil, um aus erster Hand von den Herausforderungen über die Chipentwicklung im grossen Stil zu berichten. Die Firma Cirrus Logic stellt Chips für den Audiobereich her, welche in Computern, Soundstudios, Handys, Autos und Hörgeräten weltweit eingesetzt werden. Mit Stückzahlen von 6 Millionen Chips pro Monat braucht es eine solide Testumgebung, damit den Ansprüchen gerecht produziert werden kann.
Anhand von zwei Beispielen hat Erich Zwyssig gezeigt, was alles in einem Chip steckt. Das erste Beispiel war ein Audioverstärker mit integriertem Lautsprecher-Schutz. Dieser Chip überwacht die Temperatur der Lautsprecherspule, die Stromaufnahme des Lautsprechers über eine Batterie und den Ausschlag der Membrane. Der Chip besitzt auch eine eingebaute digitale Signalverarbeitungseinheit (DSP).
Das zweite Projekt, das Erich Zwyssig vorstellte, war ein adaptiver Geräuschunterdrückungschip (ANC). Der Chip misst die unbekannte Impulsantwort seiner Umgebung und passt so die Geräuschunterdrückung an die ändernden Gegebenheiten an. Eine wichtige Eigenschaft ist die verzögerungsfreie Reaktion des Chips. Um dies zu bewerkstelligen werden auf dem Chip laufend neue FIR Koeffizienten mittels eines Least Mean Square Algorithmus berechnet.
Challenges for Consumer Microchip Design
Als nächstes zeigte Erich Zwyssig welche Herausforderungen im Chipdesign bestehen. Ein Chip wird zuerst grob aufgeteilt in Analog- und Digital-Elemente. Analog-Komponenten besitzen bessere Eigenschaften im Bereich der Leistungsabgabe, welche eine Rolle bei der Hitzeentwicklung auf dem Chip spielen. Digitale Elemente werden vor allem in der Zahlenverarbeitung eingesetzt, jedoch benötigt jeder Digital-Teil ein Programm, welches auf dem Chip gespeichert werden muss. Dieser Speicher benötigt Fläche auf dem Chip und das macht einen Chip teurer. Mit neueren Technologien kommen weitere Herausforderungen wie ein erhöhter Leckstrom dazu, dafür können vor allem digitale Elemente komprimierter auf den Chip gebracht werden. Ein weiterer Punkt ist die effiziente Verpackung des Chips in ein passendes Gehäuse. Moderne Smartphones werden immer dünner, was eine weitere Herausforderung für Chiphersteller darstellt. Um diesen Umständen gerecht zu werden, werden Gehäuse in der Grössenordnung des Die (CSP) hergestellt.
Im Anschluss an die Referate gab es beim Apéro spannende Diskussionen zwischen den Anwesenden und den Referenten.