从设备供应商到解决方案提供商 - 对开发支持工具的需求

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全球半导体制造商正在逐渐从单纯的元件供应商转变为能够快速响应客户要求的解决方案供应商。同时,为了减少客户的设计负担,更加重视设备仿真工具和平台。ROHM是一家总部位于日本的领先半导体制造商,是一家专注于这些举措的公司。作为示例,我们将介绍用于SiC功率器件(SiC)的仿真工具以及传感器开发平台。
 
在10月16日至19日在东京举行的CEATEC日本2018展会上,ROHM展出了一款车辆模型,展示了我们汽车解决方案的一部分。该演示使参观者可以轻松查看ROHM产品在汽车中的使用位置。例如,一种引起极大关注的解决方案是用于ADAS系统的超声波传感器,其可以检测人或物体何时接近车辆并通过点亮LED来警告驾驶员。另一个引起关注的展览是模拟工具和开发平台,它降低了产品引入的障碍。
 
SiC功率器件特性的精确模拟
ROHM率先开发了SiC,近年来,SiC越来越多地被纳入多种电动汽车(EV)系统,包括车载充电器和电机主逆变器。采用SiC的优点是高效率和更小的小型化。SiC的特征在于功率转换期间的低开关损耗。可以更有效地使用动力,从而缩短充电时间并延长续航里程。而且,与硅IGBT(绝缘栅双极晶体管)相比,可以进行高速切换。这允许用户减少电源电路中使用的线圈和电容器的体积。并且由于这些无源元件占据的体积大于半导体部件的体积,因此可以显着降低逆变器本身的尺寸。
 
然而,尽管SiC功率器件得到广泛采用,但工程师仍面临着最大化器件特性的艰巨挑战。ROHM在日本CEATEC上推出的技术可帮助解决这一问题,从而能够为SiC MOSFET创建高精度器件模型。通过使用利用该方法创建的模型,ROHM成功地获得了非常接近于对电路设计必不可少的开关特性的实际测量的结果。
 
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照片1.与SiC功率器件一起推出的新型SiC MOSFET模型制作技术
 
在创建高精度设备模型时特别重要的是测量设备模型创建所基于的电流 - 电压特性。通常使用曲线示踪器观察电流 - 电压特性,但对于SiC能够利用其大的介电击穿电压和低导通电阻(即600V / 100A)的高电压/高电流区域,由于以下原因无法进行测量。设备的大型自加热。作为回应,ROHM开发了一种通过采用开关特性来抑制发热来测量电流 - 电压特性的原始方法。使用这些电流 - 电压曲线进行模型创建成功地获得了接近于高电压/高电流区域中的测量结果的导通波形的模拟结果(图2中的左图)。
 
除了器件外,ROHM还创建了包括杂散电容和封装和电路板寄生电感的模型,这些模型在高速切换时会影响SiC的开关特性,从而进一步提高模拟结果的准确性。
此外,使用这些模型可以模拟切换期间产生的噪声。
 
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图2. SiC MOSFET开关特性仿真和测量波形
 
*有关此SiC MOSFET建模技术的更多详细信息,请查看我们的学术文章。
 
使用ROHM专有方法创建的高精度器件模型的电路仿真可以减少参与开发,评估和修改实际电路的机组制造商的设计工时。通过提供高精度器件模型,ROHM有助于器件引入并有助于SiC功率器件的扩展。
 
能够显着缩短开发周期的开发平台
在汽车和工业设备等应用中大量集成的传感器需要开发支持工具。前面提到的超声波传感器就是一个例子。为了在应用中使用这些传感器,首先必须通过使用AFE(模拟前端)电路将来自传感器元件(具有不同特性)的信号转换为MCU的数字信号。('AFE'也称为'信号调节器'。)
然而,确定适合于特定传感器元件的AFE电路规格通常是非常困难的。在设计AFE时,不仅要考虑传感器的类型,还要考虑系统规格。因此,除了用于捕获传感器信号的仪表放大器之外,还需要针对所需的数据转换速度和分辨率为每个准备AD转换器。这产生了对可以支持各种传感器元件的传感器AFE开发平台的需求。
 
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图3.多功能传感器系统支持各种应用和传感器元件
 
除了包含仪表放大器,运算放大器,AD / DA转换器和比较器的模拟电路模块,它们支持各种传感器元件特性和系统规格,ROHM的FlexiblePlatform™用于传感器AFE(IC P / N:BD40002TL)在CEATEC日本2018年推出的数字电路模块由一个MCU或FPGA组成,能够处理数值计算,如测量结果的平均值和温度补偿。
 
该平台使用户可以灵活地在PC上使用ROHM的GUI工具RapidMaker™来更改IC的数字和模拟电路,从而可以根据传感器和系统规格定制AFE,并可以对实际设备进行评估。传统的AFE开发与传感器元件分开进行,器件评估在最后阶段进行。因此,开发时间必然很长,在某些情况下需要一年以上 - 特别是如果需要修改的话。相比之下,通过ROHM的平台工程师可以立即确认实际的设备操作,大大缩短了开发周期。
 
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照片2.用于传感器AFE的FlexiblePlatformTM在CEATEC日本2018年推出
 
减少设计设计负载的开发支持工具
随着对复杂,高性能设备的期望的提高,设备制造商不再对仅仅引入通用产品的半导体供应商感兴趣。这一趋势出现在CEATEC日本2018年,其出席人数为156,063人次,比上一年增长2.6%,其中有大量公司展示了与过去相比的开发工具和参考设计。而且展望未来,开发支持工具(如此处介绍的工具)的必要性肯定会增加,不仅对应用程序方面,而且对设备方面也是如此。
 
 
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