— 1C31203G01芯片設(shè)計(jì)方法可保持溫度和工藝變化條件下的SRAM穩(wěn)定性，同時(shí)實(shí)現(xiàn)全球最小的0.245μm2的存儲(chǔ)單元面積。
日本東京和美國(guó)加利福尼亞州圣荷西——2007年2月13日——瑞薩科技公司（Renesas Technology Corp.）與松下電器產(chǎn)業(yè)有限公司（紐約證券交易所代碼：MC）今天宣布，共同開(kāi)發(fā)出一種可以使45nm工藝傳統(tǒng)CMOS＊1的SRAM（靜態(tài)隨機(jī)存取存儲(chǔ)器）穩(wěn)定工作的技術(shù)，這種SRAM可以嵌入在SoC（系統(tǒng)級(jí)芯片）器件和微處理器（MPU）當(dāng)中。采用這種技術(shù)的512Kb SRAM的實(shí)驗(yàn)芯片的測(cè)試已經(jīng)得到證實(shí)，可以在寬泛的溫度條件下（-40℃－125℃）穩(wěn)定工作，而且在工藝發(fā)生變化時(shí)具有較大的工作電壓范圍裕量。采用45nm CMOS工藝生產(chǎn)的用于實(shí)驗(yàn)的SRAM芯片集成了兩種不同的存儲(chǔ)單元設(shè)計(jì)，一個(gè)元件面積僅有0.327μm2，另一個(gè)的元件面積為0.245μm 2——這是全球最小的水平。更小的存儲(chǔ)單元是利用減少處理尺寸裕量實(shí)現(xiàn)的。
這一技術(shù)進(jìn)展的細(xì)節(jié)將在正在舊金山舉行的2007國(guó)際固態(tài)電路會(huì)議（ISSCC 2007）的第18分組會(huì)議的18.3論文時(shí)段進(jìn)行宣講。該創(chuàng)新具有重大意義，因?yàn)镾RAM是用于嵌入式控制應(yīng)用的SoC和MPU的十分重要的片上功能?；ハ嗝艿内厔?shì)在于，這些應(yīng)用正變得更加復(fù)雜，需要更多的SRAM，正如半導(dǎo)體工藝的縮小使生產(chǎn)適當(dāng)設(shè)備功能所需的可穩(wěn)定工作的SRAM變得更加困難那樣。采用新的制造技術(shù)生產(chǎn)的45nm工藝SRAM將有助于以低成本實(shí)現(xiàn)高性能的芯片，因?yàn)樗褂脗鹘y(tǒng)CMOS而不是硅絕緣體（SOI）材料這一比較昂貴的方法。
1C31203G01解決了不可避免的柵極電壓變化所引起的問(wèn)題
隨著LSI制造工藝的不斷進(jìn)步，進(jìn)一步的小型化使晶體管特性發(fā)生了更大的變化，尤其是柵極限電壓（Vth）＊2，它可能影響SRAM的工作。Vth的變化有兩種形式。全面的Vth變化會(huì)出現(xiàn)在逐芯片或逐晶圓的情況下，晶體管形狀會(huì)隨柵極長(zhǎng)度和柵極寬度不同等出現(xiàn)細(xì)微的差別。因此，它會(huì)在芯片中顯示出同方向的偏差。以前全面Vth的變化是SRAM設(shè)計(jì)人員不得不克服主要挑戰(zhàn)。
1C31203G01相比之下，本機(jī)Vth變化是由半導(dǎo)體中的雜質(zhì)狀態(tài)的波動(dòng)引起的，甚至在同樣形狀的相鄰晶體管中也會(huì)出現(xiàn)。因此，它是隨機(jī)發(fā)生的且沒(méi)有方向性。隨著晶體管小型化的進(jìn)展，本機(jī)Vth變化的問(wèn)題首先出現(xiàn)在90nm工藝中。這是采用45nm工藝的嵌入式SRAM應(yīng)用所必須面對(duì)的一個(gè)主要挑戰(zhàn)。
半導(dǎo)體行業(yè)一直在積極推進(jìn)實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定SRAM工作的技術(shù)進(jìn)步。不過(guò)，影響45nm工藝的Vth變化問(wèn)題需要技術(shù)上的進(jìn)一步發(fā)展。瑞薩科技與松下共同開(kāi)發(fā)了兩種元件，采用了6晶體管型SRAM存儲(chǔ)單元解決方案。一個(gè)是可對(duì)Vth變化進(jìn)行自動(dòng)調(diào)整的讀輔助電路。另一個(gè)是采用分層結(jié)構(gòu)電源布線的寫(xiě)輔助電路。
新型讀輔助電路的補(bǔ)償功能采用了一種被動(dòng)元件電阻功能，類(lèi)似于存儲(chǔ)單元的布局功能。由于存儲(chǔ)單元變化和阻值的波動(dòng)被聯(lián)系在一起，從而減少了Vth變化的影響。這種補(bǔ)償功能可以自動(dòng)地調(diào)整與溫度和工藝變化有關(guān)的電壓。因此，即使在溫度增加和工藝變化條件下存儲(chǔ)單元電氣特性的對(duì)稱(chēng)性降低的情況下，也可以保證各種工作條件下存儲(chǔ)單元讀操作的穩(wěn)定性。
新型寫(xiě)輔助電路在存儲(chǔ)單元的柱式單元電源線中增加了更精細(xì)的電源線（劃分為8條），在某種意義上寫(xiě)操作所需的隔離只在必要的地方執(zhí)行。而且，它可實(shí)現(xiàn)分層結(jié)構(gòu)的電源布線。這將減少關(guān)鍵區(qū)域的電源線電容，有助于在高速時(shí)將電源線電位降到低電位。實(shí)驗(yàn)芯片的測(cè)量表明，與沒(méi)有采用上述技術(shù)的SRAM設(shè)計(jì)相比，即使在最差壞條件（－40℃，最小工作電壓和最差工藝條件）下，新型寫(xiě)輔助電路也可以顯著改善SRAM的寫(xiě)速度。
新產(chǎn)品的尺寸為長(zhǎng)14×寬8.6×高7mm。與以往產(chǎn)品的長(zhǎng)20.2×寬11.2×高9.7mm相比，體積約為減少了6成多。
1C31203G01新產(chǎn)品的性能指標(biāo)如下：接觸電阻在AC10V、10mA、伏安法測(cè)定時(shí)為100mΩ以下。額定耗電量方面，單卷線閂鎖型和單穩(wěn)定型為200mW，雙卷線閂鎖型為400mW。機(jī)械壽命方面，在開(kāi)關(guān)頻率為1分鐘180次時(shí)，單穩(wěn)定型為500萬(wàn)次以上，閂鎖型為100萬(wàn)次以上。電氣壽命方面，電阻負(fù)荷為DC10V，0.01A時(shí)為100萬(wàn)次以上，在電阻負(fù)荷為DC24V、0.01A時(shí)為30萬(wàn)次以上。重量約為2g。
自動(dòng)化儀表今年發(fā)展的重點(diǎn)在儀表的應(yīng)用方面。這種發(fā)展趨勢(shì)的變化是很自然的，數(shù)字化、智能化儀表和系統(tǒng)經(jīng)過(guò)近10年的告訴發(fā)展，在應(yīng)用方面積累了一些問(wèn)題，智能儀表設(shè)計(jì)的許多創(chuàng)新功能也未得到充分的應(yīng)用。主要問(wèn)題有以下幾點(diǎn)：
(1)數(shù)字儀表和系統(tǒng)的信息保密和安全問(wèn)題
(2)微程序和軟件的可*性問(wèn)題。
(3)通信的保密、安全和可靠性問(wèn)題。
(4)智能儀表在運(yùn)行時(shí)是可以與控制系統(tǒng)互動(dòng)的以及如何進(jìn)行互動(dòng)。
(5)智能儀表提供了遠(yuǎn)比模擬儀表多的信息以及如何充分利用這些信息。
(6)眾多智能儀表的可互操作問(wèn)題。
(7)儀表和系統(tǒng)的故障診斷以及故障診斷信息的可互操作問(wèn)題等。
進(jìn)入21世紀(jì)，我國(guó)制造業(yè)的高速發(fā)展，拉動(dòng)了對(duì)自動(dòng)化儀表與控制系統(tǒng)的需求，我國(guó)新上的大型項(xiàng)目所用自動(dòng)化儀表和控制系統(tǒng)的先進(jìn)程度已經(jīng)處于世界領(lǐng)先水平。當(dāng)前傳統(tǒng)制造業(yè)在發(fā)達(dá)國(guó)家已經(jīng)過(guò)了輝煌期，與之配套的自動(dòng)化儀表自然就增長(zhǎng)緩慢。自動(dòng)化儀表發(fā)展的熱點(diǎn)在新興市場(chǎng)的價(jià)格問(wèn)題從兩個(gè)方面夾擊儀表制造商，一是新興市場(chǎng)的用戶對(duì)產(chǎn)品價(jià)格敏感度很高；二是在那里往往可以找非常便宜的替代品，這樣就難以激發(fā)跨國(guó)企業(yè)花大成本研制新型儀表。
近10年自動(dòng)化儀表技術(shù)發(fā)展的重要領(lǐng)域——現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)的發(fā)展雖然取得了顯著成就，但是在應(yīng)用方面大體上還處在替代模擬傳輸線的階段。實(shí)際上現(xiàn)場(chǎng)總線不僅僅是信號(hào)制式的改變，它是為控制技術(shù)的信息化提供基礎(chǔ)的。用戶對(duì)系統(tǒng)底層信息化(控制、診斷、管理)改造的需求是現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)推廣的原始動(dòng)力。近些年來(lái)現(xiàn)場(chǎng)總線在設(shè)備資產(chǎn)管理、預(yù)測(cè)診斷和平穩(wěn)操作等方面的潛力開(kāi)始被挖掘出來(lái)，顯現(xiàn)了極富發(fā)展前景的勢(shì)頭。
1C31203G01但是基于現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)的網(wǎng)絡(luò)化控制和分布式只智能技術(shù)，到目前無(wú)論在理論上還是在實(shí)踐上都未出現(xiàn)顯著突破：而現(xiàn)場(chǎng)總線的速度瓶頸是的在復(fù)雜控制和快速響應(yīng)方面有時(shí)還不如傳統(tǒng)儀表：持續(xù)多年的現(xiàn)場(chǎng)總線之爭(zhēng)至今在制造商中沒(méi)有贏家，又使用戶普通感覺(jué)厭倦，極大地消耗了各企業(yè)發(fā)展的資源。
國(guó)際上反映自動(dòng)化儀表產(chǎn)品動(dòng)向的幾個(gè)重要窗口：以ISAEXPO、Miconix等為代表的國(guó)際儀表展覽，以Readers’ChoiceAward(讀者選擇獎(jiǎng))為代表的獎(jiǎng)項(xiàng)。從近3年的讀者選擇獎(jiǎng)看，獲獎(jiǎng)產(chǎn)品變化不多。自動(dòng)化儀表今年發(fā)展的重點(diǎn)在儀表的應(yīng)用方面。
這種發(fā)展趨勢(shì)的變化是很自然的，數(shù)字化、智能化儀表和系統(tǒng)經(jīng)過(guò)近10年的告訴發(fā)展，在應(yīng)用方面積累了一些問(wèn)題，智能儀表設(shè)計(jì)的許多創(chuàng)新功能也未得到充分的應(yīng)用。主要問(wèn)題有以下幾點(diǎn)。
(1)數(shù)字儀表和系統(tǒng)的信息保密和安全問(wèn)題
(2)微程序和軟件的可*性問(wèn)題。
(3)通信的保密、安全和可靠性問(wèn)題。
(4)智能儀表在運(yùn)行時(shí)是可以與控制系統(tǒng)互動(dòng)的以及如何進(jìn)行互動(dòng)。
(5)智能儀表提供了遠(yuǎn)比模擬儀表多的信息以及如何充分利用這些信息。
(6)眾多智能儀表的可互操作問(wèn)題。
(7)儀表和系統(tǒng)的故障診斷以及故障診斷信息的可互操作問(wèn)題等。
1C31203G01上述問(wèn)題都是由于數(shù)字化和網(wǎng)絡(luò)化而產(chǎn)生的，并不是現(xiàn)有技術(shù)無(wú)法解決這些問(wèn)題，只是可選的解決方案太多，而統(tǒng)一的解決方案才是最有效的。而如何統(tǒng)一是當(dāng)前正在研究的。
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