采用SOI技术的CAN收发器实现EMC优化重大突破

图2：容错低速CAN收发器TJA1054(SOI)和TJA1053的辐射对比。

图2是采用飞利浦SOI工艺的TJA1054容错CAN收发器与采用传统BCD工艺制造的前代TJA1053的辐射对比。在抗干扰的同时，辐射平均减少了20 dB以上。这在EMC性能方面堪称“石破天惊”的改变，即使在复杂的网络架构中也无需屏蔽电缆，因而有效地节约了成本。

飞利浦通过其TJA1050成功验证了SOI工艺在高速CAN收发器中的可用性。与采用传统技术生产的PCA82C250产品相比，极大地降低了辐射，甚至可能同时大幅提高抗干扰性。TJA1040、TJA1041和TJA1041A进一步扩展了采用SOI技术的高速CAN系列产品，提供低功率模式和附加特性。

基于网络架构，SOI工艺第一次实现了避免使用至今仍广泛采用的电抗线圈。这就节约了元器件成本，简化了电路板装配，并提高了控制电子元器件的机械负载能力。

SOI和A-BCD3技术前景无限

除了卓越的EMC性能和简便设计外，SOI工艺还拥有诸多其他的显著优势。例如，较之传统的结点绝缘工艺，其封装密度可降低20%到30%，因而缩小了芯片的表面积。此外，掩膜数量的减少能简化工艺，缩短上市时间，降低成本。此外，SOI工艺能提供固有的、强劲的抗电压脉冲性能，而且Rds(on) 值可降低20%左右，因此能将功率元器件和小信号模拟及密集的CMOS有源器件直接集成在单个硅芯片上。最后，隔离氧化物埋层能减少泄漏电流，可在高于150°C的温度下工作。在某种意义上，SOI工艺是集成总线收发器、电源和逻辑的理想选择，这种技术将日益得到广泛部署，例如在汽车的局域互联网络(LIN)子总线的从动节点以及故障安全系统基础芯片等领域。

为了支持下一代SoC应用，飞利浦目前正在力推其第三代A-BCD3SOI技术。这种通用0.6微米SOI BCD技术包含单个多晶硅栅层及3个金属层，具有120V电压处理能力，完全适用于下一代42V电池供电系统。器件被做在位于一个1微米氧化物埋层上的厚度为1.5微米的硅器件层上，其间用氧化物和多晶硅填充的沟道隔离。与结点绝缘工艺相比，在所有器件间都进行小沟道隔离能将小信号模拟电路的面积缩小50%。

A-BCD3工艺包含诸多有源/无源器件，包括：5V CMOS、同类产品中Rds(on) 值最佳的12到120V DMOS器件(如图4所示)、18V NPN和PNP双极晶体管、60V结点FET晶体管、9V齐纳管以及各种晶体管和低/高压电容器。此外，还包括RAM和ROM存储器、用于进行修改和识别的非易失性EEPROM存储器及中型程序存储器。

该工艺有两种金属化方法可供选择，其一是采用一个能实现密集数字CMOS(每平方微米4500栅)的第三金属层，其二是采用3 微米厚的第三金属层，用于将金属对功率器件总电阻的影响降至最小，实现高电流功率布线。合适的器件设计确实能进一步实现在有源器件上的布线，显著削减布线费用。SOI技术及金属层下面的钛氮化合物隔离层能够支持温度高达200°C的汽车应用。

飞利浦半导体正在推出的LIN I/O从动器件UJA1023就具备了基于A-BCD3技术的SoC性能。这是一个自主的LIN从动系统，无需添加微控制器或软件。它集成了一个LIN 2.0收发器、8个独立的可配置I/O引脚以及集成的模数转换器，并可通过LIN总线进行编程。由于采用了A-BCD3技术，LIN I/O从动装置可直接由电源供电。

A-BCD3技术发挥关键作用的另一领域是故障安全系统基础芯片(SBC)系列产品UJA106x。该系列将LIN、高速CAN及容错CAN等各种物理层与电压调节监视器、片上振荡器及SPI接口集成在一起。基于密集数字功能，状态机可与每个故障安全SBC集成在一起，以设计出真正的故障安全系统。故障安全性能意味着一旦电子控制单元(ECU)发生故障，故障安全SBC会将ECU置于最低功耗模式，以防止耗尽电池电量。此外，产生故障的ECU将不再与总线进行通信，以保证总线和其他ECU的通信继续进行。

A-BCD3这种下一代SOI能将系统功能集成到一颗可靠的单片电路芯片中。


结论

飞利浦半导体的SOI技术已被证实是用于汽车车内网络收发器的理想技术。高压元器件和低泄漏电流相结合能够实现具有卓越EMC性能的耐用设计。正是这些高压元器件使得设计出的收发器既能用12V电池驱动，也能在24V及42V电压下运作。因此，模块的设计适用于卡车和客车，而42V电压驱动被期望用于诸如电子控制悬架等高功耗应用。

A-BCD技术除具有卓越的模拟性能外，还具有密集数字工艺功能，能实现数字功能的高度集成。模拟和数字功能的结合为未来提供了新的可能。EUC设计的进一步集成可以节省空间并降低系统成本。此外，收发器、电压调节器、监视器、振荡器及SPI接口等通用ECU功能的巧妙集成能创建更加可靠且故障安全的车内网络。随着未来汽车车内网络节点数量的不断增加，这一功能变得日益重要。因为一个节点发生故障就会阻碍总线通信，而且停车时电池电量也会很快耗完。

诸如故障安全系统基础芯片和LIN I/O从动装置等最初的集成步骤已经完成。这当然不是最终的集成，事实上只是迈向未来的初级阶段，而且这将决定车内网络收发器的发展路线。这一路线图将继续在LIN和CAN中采用独立的收发器。同时，故障安全系统基础芯片和集成的LIN I/O从动装置等集成解决方案有待进一步开发。