Semplificare il progetto, migliorare le prestazioni e risparmiare tempo prezioso con le soluzioni “Precision Signal Chain μModule”

Le soluzioni Precision Signal Chain μModule® di Analog Devices offrono ai progettisti di sistemi una soluzione integrata compatta e altamente personalizzabile che semplifica la progettazione, migliora le prestazioni e fa risparmiare tempo prezioso per lo sviluppo. Questo approccio offre un grande vantaggio ai clienti che possono arrivare più rapidamente sul mercato con prestazioni allo stato dell’arte.

Introduzione

Con i rapidi progressi della tecnologia dei circuiti integrati su larghissima scala (Very Large Scale Integrated, VLSI) è nata la disciplina multiforme delle applicazioni di elaborazione del segnale, che spaziano dalle telecomunicazioni e i sistemi audio all’automazione industriale e all’elettronica automotive. Per supportare queste applicazioni, è stata necessaria una ricerca significativa per sviluppare un blocco di catena di segnale preciso, ad alte prestazioni, con componenti lineari discreti. Questo articolo illustra come la soluzione Precision Signal Chain μModule di ADI sfrutti l’integrazione eterogenea tramite la tecnologia SiP (System-in-Package) per rispondere a questa esigenza del mercato, fornendo ai progettisti di sistemi una soluzione compatta, altamente personalizzabile e integrata che semplifica la progettazione, migliora le prestazioni e fa risparmiare tempo prezioso per lo sviluppo. Questo approccio offre un grande vantaggio ai clienti che desiderano arrivare sul mercato più rapidamente con una tecnologia avanzata.

Cos’è la Tecnologia Precision Signal Chain μModule?

La Precision Signal Chain μModule è una tecnologia system-in-package (SiP) che permette di integrare circuiti diversi tra loro mantenendo il massimo livello di prestazioni. Le soluzioni Precision Signal Chain μModule di ADI mirano ad aumentare la densità in un fattore di forma più piccolo, combinando dispositivi di altissimo livello, tecnologia iPassives® e tecnologia di assemblaggio 2,5D/3D avanzata, mantenendo una gestione intelligente ed efficiente dei componenti del sistema (fare riferimento alla Figura 1). Questi dispositivi μModule fungono da elementi costitutivi affidabili per la catena di segnale, consentendo ai progettisti di sistemi di raggiungere livelli di integrazione più elevati, un time to market più rapido, prestazioni più elevate in termini di velocità e un consumo energetico ridotto a un prezzo accessibile, senza la necessità di eseguire il debug o l’ottimizzazione di circuiti esterni aggiuntivi.

Caratteristiche e vantaggi principali

Il potere dell’integrazione:

Le soluzioni Precision Signal Chain μModule rappresentano un notevole progresso nella progettazione della catena del segnale grazie all’integrazione di più componenti analogici e digitali in un unico modulo. Ciò è possibile grazie all’utilizzo della tecnologia iPassives di ADI con i nostri IC di condizionamento del segnale di qualità superiore, il cui package è realizzato con tecnologia SiP, per creare dispositivi μModule con prestazioni e robustezza ai vertici della categoria in tempi di sviluppo eccezionalmente brevi. Proprio come accade per i circuiti integrati, che contengono molti transistor, i circuiti passivi integrati possono contenere molti componenti passivi di alta qualità, racchiusi in un’area molto piccola. Oggi un singolo dispositivo può contenere sistemi che in precedenza erano realizzabili con soluzioni a livello di scheda. Combinando funzioni come l’amplificazione, il filtraggio e la conversione analogico-digitale, questi moduli eliminano la necessità di progettare complesse catene di segnale utilizzando singoli componenti. Di conseguenza, le componenti parassite dell’interconnessione (induttanza, capacità e resistenza) vengono notevolmente ridotte. Tutti questi fattori contribuiscono a creare soluzioni complete con prestazioni eccellenti. Sviluppata in cicli di sviluppo brevi con un notevole risparmio sui costi, il tutto in pacchetti molto compatti, questa integrazione non solo riduce l’ingombro fisico fornendo soluzioni complete in spazi efficienti, ma ottimizza anche le prestazioni e l’affidabilità della catena di segnale. I componenti passivi, fabbricati nello stesso momento e nelle stesse condizioni, hanno maggiori possibilità di essere ben accoppiati con i passivi integrati.

 

Questa soluzione riduce le iterazioni di progettazione trasferendo la selezione, l’ottimizzazione e il layout dei componenti dal progettista al dispositivo. ADI produce sistemi di condizionamento del segnale di precisione altamente personalizzabili, con prestazioni superiori rese possibili dagli esclusivi processi di fabbricazione del silicio di cui dispone. La Figura 2 illustra la significativa riduzione dell’ingombro offerta da questa soluzione. Inoltre, per i progettisti a livello di sistema è possibile ridurre il costo totale di gestione e il time to market.

 

Liberare il potenziale delle prestazioni

Le soluzioni Precision Signal Chain μModule sono progettate per fornire prestazioni eccezionali alle sempre crescenti richieste di elettronica dei clienti, superando i limiti dei progetti dei circuiti integrati front-end e delle tecnologie di fabbricazione. Grazie a un’attenta selezione dei componenti, a tecniche di progettazione analogica di precisione e a un’avanzata ottimizzazione del layout, questi moduli garantiscono un’elevata integrità del segnale, un basso rumore e un’accurata elaborazione del segnale stesso. Che si tratti di catturare i dati dei sensori, amplificare i segnali o convertire tra i domini analogico e digitale, le soluzioni Precision Signal Chain μModule liberano il pieno potenziale dell’elaborazione del segnale, con una qualità senza compromessi. La tecnologia iPassives di ADI garantisce un ambiente meccanico omogeneo. A tal fine, le componenti parassite di interconnessione, come la resistenza della traccia e l’induttanza, vengono ridotte al minimo, mentre quelle poche restanti sono molto prevedibili e possono essere tranquillamente gestite. La Figura 3 mostra le prestazioni superiori dell’ADAQ4003 su diversi guadagni per varie frequenze di ingresso.

Personalizzazione e flessibilità

Oltre all’integrazione, le soluzioni Precision Signal Chain μModule offrono ai progettisti di sistemi una certa flessibilità nella progettazione delle catene di segnale. Sono altamente configurabili e consentono agli utenti di adattare i parametri e le caratteristiche della catena di segnale ai propri requisiti applicativi specifici, grazie a una suddivisione intelligente di tutti i componenti, come illustrato nella Figura 4. Grazie alla possibilità di regolare il guadagno, la larghezza di banda, le opzioni di filtraggio e altre caratteristiche personalizzabili, queste soluzioni offrono una piattaforma versatile che risponde a un’ampia gamma di sfide progettuali.

 

Costi complessivi di gestione ridotti

I costi secondari associati al supporto di un sistema nel corso della sua vita sono numerosi. Per la loro stessa natura, i dispositivi discreti degradano invariabilmente le proprie prestazioni nell’arco della temperatura operativa e della durata utile del circuito. Un sistema costruito con una soluzione Precision Signal Chain μModule ha costi secondari inferiori, perché i componenti passivi che influiscono sulle prestazioni e sulla resa vengono integrati nel dispositivo μModule durante la produzione. La Figura 5 illustra la riduzione dei costi secondari quando si utilizza una soluzione Precision Signal Chain μModule rispetto a una catena del segnale discreta.

 

I limiti riportati nella scheda tecnica di un Signal Chain μModule coprono le prestazioni dell’intera catena di segnale, consentendo così di ottenere prestazioni costanti e un’elevata resa in fase di produzione, riducendo l’insorgere di problemi di resa nella linea di produzione e contribuendo a minimizzare i costi di assistenza tecnica e a massimizzare il rendimento della produzione. Inoltre, poiché i componenti passivi sono parte integrante di ogni sottosistema elettronico, l’integrazione di questi nel substrato offre la possibilità di migliorare le prestazioni. Grazie a questa integrazione, si riducono le fonti di errore dipendenti dalla temperatura. Non solo, si elimina anche la necessità di calibrare la catena di segnale in funzione della temperatura durante la produzione, fattori che notoriamente richiedono tempo e denaro (si veda la Figura 6). La riduzione del numero di componenti discreti e di interconnessioni sul PCB migliora anche l’affidabilità del sistema grazie al minor numero di saldature, con conseguente riduzione dei costi di assistenza sul campo.

Facilità d’uso e prototipazione rapida

Le soluzioni Precision Signal Chain μModule semplificano il processo di progettazione e riducono significativamente i tempi di sviluppo. I tempi di progettazione si accorciano perché i nuclei circuitali sono già stati progettati, fabbricati, caratterizzati e testati. Le soluzioni Precision Signal Chain μModule sono dotate di catene di segnale preconfigurate e di numerose risorse di supporto, come schede di valutazione e kit di sviluppo software, che garantiscono buone prestazioni e una fase di progettazione semplificata. La Figura 7 mostra un esempio di kit di catena di segnale che illustra le capacità delle soluzioni Precision Signal Chain μModule.

 

 

 

Dal punto di vista del progettista, la tecnologia iPassives di ADI può essere vista come uno strumento di progettazione flessibile per produrre soluzioni Precision Signal Chain μModule che consentono di progettare soluzioni di sistema in tempi di sviluppo eccezionalmente brevi. I progettisti di sistemi possono concentrarsi sulla progettazione e sulla funzionalità a livello di sistema, anziché occuparsi dell’intricata implementazione a livello circuitale. La prototipazione rapida e la convalida del sistema diventano più facili, consentendo di rispettare piani di produzione ambiziosi, dalla definizione del sistema alla consegna dei componenti per applicazioni innovative. Per soddisfare le diverse esigenze del mercato, ADI offre un’ampia gamma di convertitori integrati e speciali per supportare una vasta gamma di settori. Per saperne di più, visitate la pagina delle soluzioni Precision Signal Chain μModule di ADI.

Applicazioni in ogni settore dell’industria

Le soluzioni Precision Signal Chain μModule forniscono un’ampia gamma di applicazioni in numerosi settori, che abbracciano vari ambiti come i seguenti:

Comunicazioni

La maggior parte dei prodotti di comunicazione wireless richiede elettronica digitale, analogica e RF per facilitare la trasmissione e la ricezione dei segnali. Le soluzioni Precision Signal Chain μModule forniscono questo servizio, migliorando le prestazioni di transceiver, stazioni base e infrastrutture di rete. Queste soluzioni offrono una soluzione efficace per mitigare le interferenze elettromagnetiche fornite dalle controparti digitali dell’elettronica RF, sensibile al rumore, separando i circuiti RF da quelli digitali. Un esempio è l’ADAQ8092 (Figura 8), un system in package (SIP) a doppio canale che integra tre blocchi comuni di elaborazione e condizionamento del segnale per supportare una varietà di applicazioni di demodulazione e acquisizione dati. Il dispositivo integra tutti i componenti attivi e passivi per formare una catena del segnale completa, riducendo l’ingombro fino a 6 volte rispetto alle soluzioni discrete. I condensatori di disaccoppiamento integrati migliorano le prestazioni di reiezione dei disturbi dell’alimentazione, rendendolo una soluzione DAQ robusta. L’ADAQ8092 funziona con alimentazioni analogiche da 3,3 V a 5 V e digitali a 1,8 V. Le uscite digitali possono essere CMOS, CMOS double data rate o LVDS double data rate.

 

 

Automazione industriale

Concentrandosi sulle applicazioni industriali, i recenti progressi della tecnologia dei semiconduttori consentono di sviluppare trend innovativi in tre direzioni principali: densità di potenza ed efficienza energetica, pervasività del controllo digitale dell’alimentazione e sicurezza. Le soluzioni della catena del segnale Precision Signal Chain μModule consentono un’elaborazione precisa dei segnali per i sistemi di automazione industriale, garantendo misure accurate, controllo e attuazione. Le reti di comunicazione industriale favoriscono scenari di produzione intelligenti e sicuri, grazie alla comunicazione in tempo reale tra macchine e sistemi di controllo. Le soluzioni Precision Signal Chain μModule consentono lo sviluppo di sistemi di controllo digitali insieme a nuove soluzioni di connettività, per garantire la sicurezza umana in qualsiasi momento. La sicurezza dei sistemi è essenziale per garantire l’incolumità delle persone e la protezione dell’ambiente. I recenti sviluppi delle nuove opzioni di processo delle tecnologie dei semiconduttori eliminano la necessità di compromessi per risolvere la mancanza di velocità di comunicazione, il grande consumo di energia, le dimensioni considerevoli e i problemi di affidabilità dei sistemi di monitoraggio di sicurezza. Le soluzioni Precision Signal Chain μModule forniscono un approccio integrato in termini di risparmio di spazio, basso consumo energetico, eccellente affidabilità e velocità di comunicazione. I sistemi di automazione industriale raccolgono i dati da più nodi sensore e li trasmettono a un sistema di monitoraggio centralizzato per l’analisi dei dati. Il monitoraggio basato sulla condizione (Condition Based Monitoring, CbM) è una strategia di manutenzione preventiva che monitora continuamente le condizioni delle risorse utilizzando vari tipi di sensori. Il CbM può essere utilizzato per individuare le evoluzioni anomale, prevedere i guasti, calcolare la durata di vita di un bene e aumentare la sicurezza negli impianti di produzione. Per le applicazioni CbM, l’ADAQ7768-1 supporta un’ampia gamma di tipi di input, compresi i sensori IEPE, ponti resistivi, input di tensione e di corrente, come illustrato nella Figura 9. L’ADAQ7768-1 supporta anche due metodi di configurazione del dispositivo. L’utente ha la possibilità di scegliere la configurazione con cui il dispositivo funzionerà modificando i registri attraverso l’SPI, oppure attraverso un semplice metodo di pin strapping hardware per configurare il dispositivo in modo che operi in varie modalità predefinite.

Soluzioni di test per automotive

L’innovazione e l’ottimizzazione delle soluzioni Precision Signal Chain μModule forniscono interconnessioni robuste e supporto meccanico, prodotti ad alta affidabilità, compatti ed economici che contribuiscono a soddisfare le esigenze dell’industria automotive. Queste soluzioni sono impiegate in applicazioni come i sistemi di infotainment, il controllo del sistema di propulsione, i sistemi avanzati di assistenza alla guida (Advanced Driver Assistance System, ADAS), migliorando la sicurezza, il comfort e le prestazioni del veicolo. I progressi tecnologici portano alla complessità e, di conseguenza, sono necessari nuovi metodi di simulazione e verifica. Per evitare simulazioni poco pratiche, è possibile utilizzare un gemello digitale. Si tratta di una rappresentazione virtuale di un sistema fisico del mondo reale. Questo metodo può contribuire a ridurre i costi, accelerare i cicli di sviluppo o consentire l’ottimizzazione del sistema complessivo. Per fare un esempio dal mercato automotive, l’hardware-in-the-loop (HIL) è una tecnica di gemellaggio digitale utilizzata per testare sistemi complessi in tempo reale, come le unità di controllo elettronico (Electronic Control Unit, ECU), i sistemi di servosterzo, i sistemi di sospensione, i sistemi di gestione della batteria o qualsiasi altro sottosistema del veicolo. L’ampia gamma di prodotti ADI per il condizionamento del segnale, l’acquisizione dei dati, la generazione del segnale e l’isolamento consente soluzioni ottimizzate per i simulatori HIL, in particolare l’ADAQ23878 con scalatura del segnale, che riduce il numero di componenti del sistema finale combinando più blocchi comuni di elaborazione e condizionamento del segnale in un unico dispositivo, tra cui un driver ADC (FDA) low noise completamente differenziale, un buffer di riferimento stabile e un ADC SAR (Successive Approximation Register) ad alta velocità, a 18 bit e 15 MSPS.

 

Conclusione

I nuovi dettami della tecnologia IC consistono nel semplificare il processo di sviluppo utilizzando l’integrazione eterogenea della tecnologia SiP. L’introduzione di soluzioni Precision Signal Chain μModule ha trasformato l’approccio alla progettazione della catena di segnale da parte dei progettisti di sistema. Questa soluzione offre integrazione, funzionalità ad alte prestazioni, flessibilità e facilità d’uso, pur mantenendo eccezionali capacità di elaborazione del segnale. Con il continuo progresso della tecnologia, le soluzioni Precision Signal Chain μModule sono destinate a svolgere un ruolo determinante, rendendo possibili applicazioni innovative in diversi settori e contribuendo al progresso dei sistemi elettronici.