Co je SMARTMOS ?

Dnes již je možné díky technologii SMARTMOS vytvářet všechny tyto bloky společně na jednom chipu. I když jsou již delší dobu k dispozici analogové, digitální i výkonové integrované obvody, dlouho nebylo možné je spojit a umístit přímo na jeden chip. Hlavním problémem bylo používání odlišných implementačních technologií každé části a jejich vzájemného ovlivňování. Každý uvedený blok totiž generuje určitý druh rušení, který "nevyhovuje" zbylým dvěma blokům. Zatímco analogové zpracování signálů může výrazně rušit vysokofrekvenční rušení od rychlých náběžných a sestupných hran logických signálů a impulsní rušení spínání velkých proudů výkonovými prvky, digitálním obvodů naopak vadí vliv stejnosměrné složky a nízkofrekvenční signály.

Produkty (integrované obvody) se SMARTMOS technologií jsou dnes důležité například pro rychle se rozvíjející oblast bezdrátové komunikace, průmyslové automatizace a stále vyspělejších automobilů. Například miniaturní integrované obvody využívané v mobilních telefonech umožňují regulovat napájení a spotřebu, zesilovat audio signály a napájet barevné grafické displeje. V oblasti inkoustových tiskáren umožňují přesně řídit a budit motory a sepnutí piezoventilů příslušných trysek. V automobilech pak řídí běh motorů, dnešní sofistikované brzdné systémy, nastavování sedadel, nebo aktivní bezpečnost cestujících v podobě airbagů, pohyblivých opěrek a automatického napínání pásů v případě nárazu.

Vlastnosti technologie

Za dvacet let intenzivního vývoje, od doby vzniku prvního SMARTMOS obvodu, je tato technologie dnes vylepšena o struktury s MCU či DSP s více analogovými a výkonovými prvky a rozhraními na jednom chipu. V současné době využívané SMARTMOS7 (SMARTMOS verze 7) se vyrábějí v 0.35 mikronové CMOS technologii, čímž umožňují až 8x větší stupeň integrace než dřívější 0.8 mikronová verze 5.

Nejnovější 0.25-mikronová středně napěťová (MV) technologie SMARTMOS8 pak představuje další krok k dokonalejším integrovaným součástkám. Tato generace poskytuje proti verzi 5 další 16násobné zvýšení hustoty integrace. To umožňuje další snížení spotřeby a zvýšení pracovní rychlosti. Obvody SMARTMOS8 MV kombinují možnost až 90 V napěťového zatížení při integraci analogových i výkonových funkcí hned vedle procesoru na stejném chipu. To je umožněno speciálními velmi hlubokými ale úzkými příkopy, kterými lze maximalizovat užitečný prostor pro elektronické prvky a zároveň lépe izolují analogové a digitální bloky z pohledu rušení od výkonových spínaných prvků, které například budí motory.

Vlastnost označovaná jako "digital power" umožňuje hned u sebe integrovat MCU a DSP jádra, sériová rozhraní, paměťové a logické bloky s výkonnými analogovými signálovými prvky typu operační zesilovač, A/D převodník, pulsně-šířkové modulátory, vlnové generátory a filtry, i napěťové reference. Z technologického hlediska se zde úspěšně kombinují vysokorychlostní bipolární obvody s unipolárními (CMOS). K tomu jsou na chipu přítomny výkonové prvky využívající DMOS nebo HDTMOS tranzistory vhodné pro realizaci spínaných regulátorů pro velké proudy, H-mostových budičů pro řízení motorů, spínání ventilů apod.

Příklady použití SMARTMOS v praxi

Chytré LED budiče a regulátory

V oblasti integrovaných LED budičů, často využívaných v současných moderních řídících procesech, může SMARTMOS smísit tradiční stejnosměrné napájecí obvody se sofistikovaným digitálním řízením, což přináší nové nečekané možnosti v produktech. Pulsně šířkově modulované proudové budiče (PWM) mohou být použity k řízení jasu LED nebo rychlosti blikání pro různé vizuální efekty. Nastavitelné generování náběžné a sestupné hrany pulsů se hodí pro snížení vlivu rušení.

Výkonové spínače/budiče - např. obvod MC33289

Integrovaný obvod MC33289 je duální výkonový přepínač DHSS (Dual High Side Switch) navržený pro mikroprocesorové řízení a spínání induktivních zátěží, např. solenoidů v aplikacích zarušeného automobilovém průmyslu. Součástka může také být použita pro řízení malých motorů, relé a i běžných solenoidů. Obvod v díky technologii SMARTMOS implantuje CMOS logiku s bipolárními/MOS analogovými obvody a MOSFET výkonovými výstupními tranzistory s odporem D- S jen 40 miliohmů. Interní nábojová pumpa je integrována pro efektivnější řízení hradel vnitřních výkonových výstupních obvodů poskytující dostatečné proudy pro nízkoodporové solenoidy. MC33289 poskytuje individuální výstup chybového hlášení vedle interní nadproudové, napěťové a teplotní ochrany. Výkonové MOSFET výstupy jsou řízeny přes CMOS logiku vstupními signály.

Chytré přepínače - např. obvod MC33291

Integrovaný obvod MC33291 je univerzální osmivýstupový nízkopříkonový přepínač s 8bitovým sériovým řídícím vstupem, původně navržený pro automobilové aplikace, což dokladuje i pracovní teplotní rozsah -40 až 125°C, ale je vhodný i pro jiná zapojení. Podobně jako výše uvedené integrované obvody, i tento využívá technologie SMARTMOS. Díky tomu lze bez dalších externích obvodů mikrokontrolérem řídit a spínat různé induktivní, žhavící vlákna a žárovky. Již zvládnutá dostatečná miniaturizace SMARTMOS technologie umožňuje použít malé ekonomické pouzdro SO–24.

Závěr

Další vývoj technologie SMARTMOS firmy Freescale je klíčem k stále menším a dokonalejším jednochipovým systémům, jejichž použití v rámci MEMS je silným nástrojem pro budoucí miniaturní zařízení kompletně realizovaná na jednom křemíkovém chipu. Ty budou levné a zároveň s nízkou spotřebou energie a materiálu na výrobu ohleduplné k životnímu prostředí. V nabídce firmy Freescale již teď lze nalézt velké množství integrovaných obvodů z různých oblastí, které více či méně využívají strukturu SMARTMOS. Stačí jen zabrouzdat na stránky www.freescale.cz.

DOWNLOAD & Odkazy

• Domovská stránka české pobočky firmy Freescale - www.freescale.cz
• Domovská stránka firmy Freescale - divize firmy Motorola - www.freescale.com