2008年6月20日 星期五
數位化時脈方案掀起PC超頻新革命
系統時脈線路廠商TimeLab開發出第一個數位化時脈產品TotalClock解決方案。此專利技術是用來取代傳統類比鎖相回路（PLL）的晶片和震盪器。TotalClock解決方案整合multiple synthesizers於單一晶片上，設計者可更精確地控制並且動態調整脈波頻率，過程中能適應每個子系統的要求而不會中斷CPU正在執行的運算。這種數位化時脈技術能提供筆記型電腦與高效能個人電腦更低的系統電源、更高效能、降低熱能的產生並減少EMI，進而節省系統的成本。
TimeLab產品行銷總監Tom Riha指出，過去PLL最大的一個問題，就是雖然它能提供穩定的時脈訊號，卻很難改變這些訊號，因此，能夠選擇的頻率非常有限。同時，只要電腦啟動便不能改變頻率，否則必須中斷CUP的工作。此外，PLL的頻率震盪幅度較大，過程中會讓訊號產生不穩定之狀況。而只要訊號不穩定，處理器便會停止工作。
TotalClock解決方案加入高整合度的Timing Processor Unit（TPU）IC，並與相關時序控制軟體結合。其技術核心是一個free-running的石英振盪器，當類比PLL控制振盪器的工作頻率時，TotalClock會偵測振盪器的工作頻率並且使用其測量值藉以建立更準確的數位波形，因此能夠進行頻率改變，而不需要中斷CUP之工作。
從矽谷看見天下
Pericom
完整產品線滿足多樣化需求
Pericom總部設於美國矽谷，是專門從事IC設計、開發、測試、生產與行銷的廠商，其所提供的數位和混合信號晶片產品可廣泛用於各種電子產品中作為介面IC。Pericom行銷總監Bill Weir表示，目前Pericom可以提供超過700種介面IC產品，多種完整的介面解決方案產品線可分為四大類：介面邏輯晶片（Interface Logic）、數位/類比切換器（Analog/Digital Switch）、時脈和時序管理晶片（Clock & Timing Management）以及LVDS和系統橋接晶片（Bridge）等。
目前電子產品時脈頻率和信號速度的增加使EMI問題日漸嚴重。隨著消費者對電子設備的性能需求越來越高，時脈速度也在不斷提高。而這些PC與工作站時脈速度的提高正是EMI增強的主因。而這些高頻時脈需使用特殊的措施來降低EMI之干擾。
Pericom之時脈管理晶片具有展頻（Spread Spectrum）能力，可降低桌上型電腦或筆記型電腦的EMI干擾問題。Pericom的PC時脈晶片使用了I2C技術，可提供多種類型的展頻方式，其範圍可從0.5％、0.9％、1％、-1％、-0.5％到0.25％，或者可以選擇關閉展頻功能，其調製頻率為60kHz。在調製頻率為30kHz和60kHz時，其時脈訊號抖動將更小。另外Pericom也為消費性電子產品開發了新型PLL時脈乘法器，這些產品採用8埠的無鉛SOIC和TSSOP封裝，可適用於STB、DVR、PYR與HDTV，或者通訊設備如T1/E1/OCxx等產品上。
支援汽車設計的數位訊號控制器
汽車設計已有相當長遠的歷史，從過去純粹的機械系統演變至現今的汽車，其內部經常搭配數以百計的微處理控制器。在各國政府開始執行汽車性能的管制法律，以控制像是排氣量與省油效率等汽車規格後，業界才開始注重汽車的電子控制功能。以往這些功能都是由獨立的硬體元件或數位邏輯元件負責。像在微處理控制器（MCU）這類嵌入式處理器解決方案陸續問市後，MCU的優勢才逐漸顯現（就成本、彈性以及適應法規與標準的能力），促使業者用MCU取代固定功能的硬體元件，因為MCU在經過程式控制後就能執行模組所要求的特定工作。
汽車設計運用各式各樣的MCU，包括從最簡單的8位元MCU，支援像是控制雨刷與車門的功能；一直到用來控制引擎的32位元精密型MCU。中階產品包括像16位元MCU，具備不同的運算性能、記憶體容量、功耗以及週邊元件功能。針對不同汽車子系統選擇適合的處理器，並妥善將處理效能分散至各個子系統，這對於汽車產品的效能、可靠度以及功能而言扮演著相當重要的角色。
數位訊號控制器：最佳方案
大多數汽車控制與監控的作業都需要進行為數可觀的數學運算。例如在引擎暖機期間，MCU會針對從空氣流量（MAF）感測器與引擎每分轉數（RPM）計數器所傳來的資料進行取樣，並根據所量到的數據計算出每個氣缸需要注入的油量，其計算公式如下：F=MAF/（K×N×RPM/120）
關鍵字 : DSC,Microchip,微控制器
「3G＋WLAN雙網手機系統設計」研討會實錄
3G＋WLAN雙網手機市場與技術發展趨勢
工研院經資中心產業分析師林韋志
2005年全球手機出貨量可達到7.3億支，不過隨著新興市場的逐漸飽和，未來手機市場的年成長率將跌破10％，工研院經資中心產業分析師林韋志表示，2007年以後，換機市場將成為支撐手機市場成長的主力，所以更多新興功能的手機以刺激換機市場的成長，成為手機製造商最重要的任務之一。另外，隨著3G服務的逐漸上路，3G手機預計在2009年超越2.5G手機，成為手機市場主要的支撐力量。
《圖一》
除了3G手機可以提供的服務之外，未來在手機裡面將整合越來越多不同的通訊標準，包括藍芽（Bluetooth）、衛星定位（GPS/AGPS）、無線區域網路（WLAN）、數位影像廣播（DVB-H）等，也就是多模手機，其中整合WLAN標準的雙網手機，更是台灣廠商在未來手機市場相當有機會的領域之一。由於多模手機必須整合多種通訊標準，所以射頻（RF）模組成本的降低，就成了重要的零組件技術發展趨勢。透過製程的改進，將所有射頻零組件包括功率放大器（PA）與收發器（Transceiver）使用CMOS製程實現，接著再整合成單一的射頻晶片，再進一步將射頻與基頻晶片整合成單晶片。
關鍵字 : 雙網手機
「3G＋WLAN雙網手機系統設計」研討會實錄
3G＋WLAN雙網手機市場與技術發展趨勢
工研院經資中心產業分析師林韋志
2005年全球手機出貨量可達到7.3億支，不過隨著新興市場的逐漸飽和，未來手機市場的年成長率將跌破10％，工研院經資中心產業分析師林韋志表示，2007年以後，換機市場將成為支撐手機市場成長的主力，所以更多新興功能的手機以刺激換機市場的成長，成為手機製造商最重要的任務之一。另外，隨著3G服務的逐漸上路，3G手機預計在2009年超越2.5G手機，成為手機市場主要的支撐力量。
《圖一》
除了3G手機可以提供的服務之外，未來在手機裡面將整合越來越多不同的通訊標準，包括藍芽（Bluetooth）、衛星定位（GPS/AGPS）、無線區域網路（WLAN）、數位影像廣播（DVB-H）等，也就是多模手機，其中整合WLAN標準的雙網手機，更是台灣廠商在未來手機市場相當有機會的領域之一。由於多模手機必須整合多種通訊標準，所以射頻（RF）模組成本的降低，就成了重要的零組件技術發展趨勢。透過製程的改進，將所有射頻零組件包括功率放大器（PA）與收發器（Transceiver）使用CMOS製程實現，接著再整合成單一的射頻晶片，再進一步將射頻與基頻晶片整合成單晶片。
關鍵字 : 雙網手機
嵌入式媒體處理器設計概觀
長久以來多媒體的嵌入式應用都可見到RISC微控制器（MCUs）和DSPs的蹤影。然而它們並不能互相替代，而是搭配使用。MCU架構適合有效率的非同步控制流，而DSP架構則用在同步且固定速率的資料流（如濾波器和轉換運算）。由於兩種功能都是目前媒體處理應用所必須的，工程師經常使用個別的MCU和DSP晶片。這種組合對廣泛的多媒體應用提供良好的處理引擎，但是卻提高了多重處理設計的複雜度，以及學習多重開發工具組和除錯的不同架構。晶片商為了解決這些問題而作過各種的嘗試。許多MCU製造商已經將部份信號處理功能整合在一起，如指令集的延伸和乘法累加（multiply-accumulate；MAC）單元等，但是這種方法往往缺乏進階信號處理應用所需要的基本架構基礎。同樣地，DSP製造商已經內建有限的MCU功能，但是在系統控制方面卻不得不有所妥協。
最近出現另一種選擇－嵌入式媒體處理器（Embedded Media Processor；EMP）。這種處理器在單一架構上同時具有MCU和DSP的功能，並能在控制和信號處理的不同需求中作有彈性的區隔。EMP可以視應用方案的需要，當作100％的MCU（符合業界標準的程式碼密度）、100％的DSP（領先DSP技術的時脈速率），或是介於兩者之間的組合。本篇文章著重於從系統設計者的觀點來看，當考慮EMP的解決方案時所可能產生的組織和技術問題，以及提供目標導向的見解來成功地建立以EMP為基礎的設計。
關鍵字 : EMP,一般邏輯元件
快閃IC「RRAM」發展動向
由於附設攝影鏡頭的行動電話（以下簡稱為照相手機）與數位相機的畫素數快速增加，造成記錄影像的非揮發性記憶體幾乎都採用快閃記憶體（flash memory）奇特現象，雖然2003年陸續出現新型非揮發性記憶IC，試圖奪取快閃記憶體龐大的市場，不過一般認為今後數年內具備價格優勢的快閃記憶體，仍將持續維持獨霸一隅的局面，未來新型的FeRAM與MRAM將會取代快閃記憶體，成為SoC混載市場的新霸主，不過在此同時「RRAM」的發展動向也備受囑目，因為「RRAM」具備革命性低價實力與動作特性實在不容小覷。
發展經緯
繼FeRAM（強誘電記憶體)、MRAM（Magnetic RAM)與OUM（Ovonic Unified Memory）之後，Sharp早在數年前就悄悄展開RRAM（Resistance RAM）IC的研發，並在2002年12月於舊金山召開的「2002 IDEM（International Electron Devices Meeting）」大會正式對外發表RRAM IC。如(圖一)所示由於RRAM是目前唯一能與具備低成本競爭力的快閃記憶體對抗的非揮發性記憶體，因此一般認為RRAM若能商品化，未來將成為革命性記憶體。在此同時快閃記憶體預定在2007年採用65nm製程量產；NAND Type可望進入55nm製程，這意味著喧騰一時的「物理極限論」，隨著製程微細化，例如以往認為Tunnel SiO2的厚度極限無法超越8nm，不過韓國三星在2002年IDEM卻以7nm的記錄，輕易戳破8nm的極限迷失，使得所謂物理極限論再度受到質疑。
關鍵字 : RRAM
SoC晶片測試策略
過去幾年來，SoC逐漸成為晶片類的主流。事實上，現在有些觀察家相信，主要的晶片類型實際上只分成兩種：SoC及記憶體。當把焦點放在測試SoC的趨勢和策略時，真正所考慮的趨勢及策略其實遍及所有非記憶體的晶片。
對SoC晶片而言，測試已成為一種更有挑戰的研發項目，引發的問題也日漸增加：要進行多少測試才能完整、要嵌入多少測試以及願意付出多少測試成本？先前在相關方面的爭論集中在測試廠商要用何種測試的型式使其能夠一枝獨秀？而目前這些測試的相關問題已有答案，並在SoC測試策略方面引發熱烈地探討相關研發項目。
測試SoC有三種主要意義，並各自擁有其擁護者及辯護者，其三種意義分別為：傳統功能測試、結構測試及BIST測試（內建的自我測試）。功能測試只能由一組測試器單獨執行，而當SoC變得更為複雜時，便需要更高的測試功能。由於擔心未來測試機的效能及成本增加，半導體廠商開始加入更多的掃描路徑（Scan Path）到設計中，以便藉由結構測試方式（Structure Test），例如DC與AC掃描，來找出晶片在製造時所發生的潛在錯誤。相信此種結構測試法（Structure Test）可滿足所有需求，部分測試機甚至僅使用結構方式進行測試。最後，有愈來愈多的BIST與SoC設計整合，但幾乎僅限用於嵌入式記憶體測試，而在該類測試中，其運算系統方式到pattern generation須符合記憶體的排列架構。然而，並非所有記憶體皆採用 BIST測試。同時，BIST所需的額外費用僅值得用於大型嵌入式記憶體，而小型記憶體仍須採用外部測試。
關鍵字 : SoC
打造數位家庭通訊方案之光纖技術
安隆（Enron）董事長Kenneth Lay曾向天然氣公司每日天然氣（Gas Daily）表示：「『寬頻』一開始是一個非常沒有效率的市場，但最後會發展成為一個類似『天然氣和電力』的商業模式，非常賺錢而且成長快速」。也許他言之過早，夢想來不及實現卻使得公司一夕崩盤，但從現在的發展來看似乎有朝這一方面發展的趨勢，唯一不同的地方在於電信服務商須把「最後一哩」架設到顧客的所在地，而這是天然氣大盤商以往從未面對過的昂貴挑戰。
「光纖到家」的呼聲不斷地刺激整個光通訊產業的發展，原本是骨幹網路的應用，現在連一般家庭也都能享受到無需等待的網路服務，本文將探討光纖在數位家庭中所應用之傳輸與鋪建技術概念，並闡述如何配合光纖到家的應用。
寬頻成長浮現數位家庭商機
近年來電信服務商、有線電視供應商以及地方政府等等的角色大亂，因為不斷攀升的家庭網路使用量(表一)使得各路好手皆來搶食「數位家庭」基礎通訊建設的大餅。以日本為例，原訂「e-Japan戰略」的目標是希望能在2005年達成全日本有3000萬家庭以寬頻上網及1000萬家庭以超寬頻（30Mbps～100Mbps）上網的環境，此項目標於2003年已提前達成，日本總務省再度編列了733億日圓（約新台幣220億）的預算並正式進入日本的第二期IT革命，也就是「u-Japan」。
關鍵字 : FTTH
可攜式電源管理高效率解決方案
現今筆記型電腦的輸入直流電源設計包含了電源供應器（Adapter）以及二次鋰離子電池模組二部分。其不同的輸出電壓造成大範圍輸入電壓變化，例如，使用三串二並或三串三並的鋰電池，其輸入電壓為9V～12.6V；而電源供應器其輸入電壓大部分為19V，因此在設計一款筆記型電腦的電源管理時，需將兩種供電方式納入考量。而一般研發人員會定義輸入電壓為7V～21V以符合大範圍的輸入條件。
傳統寬輸入電壓使效率變差
如此的寬輸入規格將造成較差的效率（熱的產生），而且需要一組直流轉換線路（傳統充電線路）以符合二次鋰離子電池充電條件（功率損耗，元件成本及佔用電路板面積）以及需使用能承受高壓規格的電子元件（25V的輸入電容，30V的電晶體）以上都是傳統電源管理無可避免的規格需求。
再者，電源供應器的輸入直流電壓以及二次鋰離子電池的不同，也造成電池的供應無法與電源供應器並存，所以設計人員在選用電源供應器時，須以系統的峰值功率加上充電所需功率。當系統功能一直提升時，也將需要更大功率的電源供應器。（圖一）為傳統筆記型電腦電源架構。
關鍵字 : CCT
高速I/O電流迴授運算放大器的應用
電流迴授與電壓迴授在架構上有很大的不同。前者因沒有基本增益頻寬乘積之限制，並且具有本質上的線性度，因此非常適用於高速信號。電流迴授運算放大器的頻寬多少受到增益的限制，不過限制程度還是比電壓迴授元件要小。此外，其轉換率並非受到內部偏壓電流的限制，而是侷限在電晶體本身的速度限制上。因此不需使用正迴授或其他轉換加強機制即可為偏壓電流提供更高的轉換率。
相對於差模（Differential Pair），電流迴授運算放大器具有輸入緩衝器，此通常是指放射追蹤器（emitter follower）或其他相類元件。非反相輸入有極高的阻抗；反相輸入放大器的緩衝器輸出則有較低的阻抗。比較起來，電壓迴授放大器的兩種輸入都具有高阻抗。
電流迴授運算放大器的輸出為電壓，與流出或流入運算放大器反相輸入的電流，相似處是轉阻（transimpedance）的複雜功能。轉阻於直流時非常高，且與電壓迴授運算放大器一樣都有頻率漸增時的單極點下降。
《圖一 顯示轉阻和迴授電阻 RF》
關鍵字 : amplifier,NS,美國國家半導體
行動多媒體處理平台的開放趨勢
在十年多的時間中，行動電話已從一個少見的奢侈品，發展到今日全球有超過十億的行動用戶。雖然語音服務仍是市場上的主要驅動力，不過，市場正快速的朝向語音加資料的新應用模式發展，在這模式中將以封包式（packet-based）的IP網路來取代傳統電路交換式（circuit-switched）網路，因為封包式網路才能傳送媒介內容和新的應用。
不久之前，手機還只被我們視為是一個方便的通訊工具而已，但在新的網路環境與應用服務下，手機正逐步演變成為一台個人化的多媒體設備。就產品類型來看，包括智慧型手機、無線PDA和行動娛樂系統等都是廣義的行動設備，而這些高階設備中很快都會看到多樣的多媒體功能和服務，包括自製、寄送和下載影像、視訊和音樂，而下一階段，將可以期待雙向的視訊電話通訊。
其實目前已有一些電話和無線PDA能提供主流作業系統的精簡型版本[KH3]、全彩螢幕、內建相機、智慧卡和媒體儲存連接埠、音樂播放器和視訊解碼器。現在行動用戶能接取e-mail和公司內部網路、交換相片以及從網路下載鈴聲和遊戲。在歐洲的一些地方，手機被用來進行線上付款，行動娛樂在日本則很流行，定位服務則在美國逐漸受到重視，因為它能提供安全性、資訊和追蹤功能。
關鍵字 : 行動多媒體處理平台,一般邏輯元件
UWB技術SiGe BiCMOS製程電路設計探微
超寬頻（Ultra Wide Band；UWB）是一種可實現短距離高速資料傳輸的技術，其應用主要有無線USB和音訊/視訊的傳輸。自從美國聯邦通訊委員會（FCC）為UWB開放了從3.1到10.6GHz的工作頻段以來，已經出現了多個旨在實現高速短距通訊系統的標準。在多頻帶OFDM聯盟的一項建議中，將分配的頻譜劃分成QPSK-OFDM調製子頻帶，每個子頻帶為528MHz。
按照該建議，在強制工作模式下，元件在3.1GHz到4.8GHz的三個較低頻帶的載頻間跳頻，其發射功率應低於FCC規定的-41.25dBm/MHz的極限值。另外，這些低訊號位準要求採用低雜訊接收鏈路，而2.4GHz和5GHz頻段的強烈頻外干擾，以及與工作在頻帶內的其他系統共存的需要，要求該鏈路必須具有較高的線性和選擇性。這樣，整個系統才能實現高速率資料傳輸。本文將從兩個方面對採用SiGe BiCMOS製程的UWB快速跳頻頻率合成器和射頻接收信號鏈路進行簡要的論述。
快速跳頻頻率合成器
用於UWB資料傳輸的合成器必須能夠滿足快速頻率切換要求。上面提到的跳頻方案是在相鄰頻譜上同時工作的微微網（piconet）之間進行的，該方案規定，在位於3432MHz、3960MHz和4488MHz頻率處的三個較低頻帶的載頻之間進行跳頻，每隔312.5ns進行一次。而頻率合成器必須在這些載頻之間切換，轉換時間最長不能超過9ns。在載頻純度方面的要求同樣非常嚴格——位於5GHz範圍內的所有發射離散雜訊必須控制在-50dBc以下，這樣才能避免強烈頻外干擾的下變頻進入有用的信號頻帶，保證通訊的有效性和高效性。
關鍵字 : SiGe BiCMOS,UWB,NXP,飛利浦半導體,恩智浦,無線通訊收發器
提昇任意波形產生器的價值
在電子產品的設計與製造過程中，必須測試複雜電路或子系統，而且經常需要驗證來自元件或感測器殘缺不明或難以擷取的其他信號。例如，可能是簡單的語音或時脈訊號、較為複雜的序列資料串，或防撞系統安全氣囊的感應器訊號。產生及模擬這些訊號源的研究已行之多年，但是到了近期，其發展才突飛猛進。
過去產生這種波形係由不同的專用訊號源產生器產生，從超純語音正弦波產生器至數十兆赫茲無線電訊號產生器。使用者經常必須為特定專案購買特殊設計或修改訊號源產生器。隨著數位化取樣技術與數位訊號處理技術時代來臨，僅運用一個任意產生器解決方案，幾乎可以解決任何一種訊號產生的需求。
彌補差距
任意產生器可以分類為任意/函數訊號產生器與任意波形產生器。任意/函數訊號產生器能以高精確度與穩定性，提供典型正弦波、方波或其他規則的波形，以及基本任意波形，有時也可以產生脈衝。相較之下，任意波形產生器能提供廣泛甚至複雜波形。然而，這兩類儀器之間有差距，如同文中所敘述，客戶目前並無其他選擇，只好購置許多儀器產品，但是任何一種均無法完全滿足客戶需求。
關鍵字 : signal source
以任意語言在匯流排上執行儀器控制（上）
無論是開發何種測試與測量應用，都需要依靠成熟的儀器控制技術，以在不分任何程式語言以及任何匯流排介面下，協助連接儀器。工程師可以彈性地選擇最合適的硬體介面，而卻又不需擔心程式語言是否支援；同樣的，在選擇程式語言時也不需擔心硬體是否支援。所以若要擁有一個可靠、堅固且高效能的儀器控制系統，則需使用到高彈性且可擴充的儀器控制軟硬體。
本文將會介紹一系列的軟硬體選擇，協助工程師在量測應用上選擇最適合的軟硬體。
硬體匯流排技術
「儀器控制」的意思是使用電腦上執行的軟體，通過某種匯流排去操控另一端的儀器。儀器本身通常都會提供超過一種連接的方式，而電腦上通常也會支援超過一種儀器控制匯流排。如果電腦並不內建儀器所支援的匯流排，則可以透過介面卡或是外接轉換器來得到所需的匯流排。儀器控制的匯流排介面有非常多種，大致可區分為下列兩種分類：
●獨立的匯流排，用來與傳統封閉式儀器溝通。包含為測試與量測領域所制定的GPIB介面，以及一般電腦所支援的通訊介面，如序列埠（RS-232）、乙太網路、USB、無線網路以及IEEE 1394等。有些通訊介面可延伸至其他的介面，例如USB到GPIB的轉換器；
●內建在儀器中的模組化匯流排。包含了PCI、PCI Express、VXI以及PXI介面。這些介面也可延伸至其他介面，例如PCI介面的GPIB卡。
獨立匯流排技術
關鍵字 : NI
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