安森美Treo平台硬核拆解

本文作者：Koen Noldus，平台架构师，安森美模拟与混合信号事业部

半导体行业正以前所未有的速度发展，这主要受到人工智能（AI）、5G网络、电动汽车（EV）、工业自动化、消费电子和医疗电子等领域对尖端电子产品需求的推动。为了保持领先地位，设计人员不断挑战芯片设计的极限，力求实现更小、更节能和更高性能的解决方案。在电动汽车、由AI驱动的数据中心、医疗设备和制造业等行业中，芯片性能的微小提升都可能转化为显著的竞争优势。

功耗、性能和面积

随着技术的进步，对更紧凑、更强大的半导体解决方案的需求也与日俱增。设计人员必须平衡几个关键因素，包括性能、功耗和尺寸，统称为PPA（功耗、性能和面积）指标。 这一指标在选择半导体元件和工艺技术以满足不断变化的市场需求方面起着关键作用。 作为一个纯数字，PPA指标（FoM）通常表示为：

此外，PPA指标也可以用三角形图（2D）或金字塔图（3D）来表示。

图1. PPA三角形作为工艺技术评估指标示意图

低功耗、高性能（或最小分辨率，以mV/LSB表示）以及更小的硅片面积通常被用来衡量电路或工艺技术的竞争力。在电路设计过程中，这三个变量通常需要相互权衡，其中一个变量的改进往往会对另一个变量产生负面影响。 问题是，以 PPA作为衡量标准，采用下一代工艺技术能在模拟电路中可以实现哪些整体改进？

Treo平台的技术飞跃：65nm BCD 与180nm CMOS 的对比

为了应对这些挑战，安森美（onsemi）推出了Treo平台，这是一款尖端的半导体技术平台，旨在支持下一代模拟和混合信号产品。Treo基于BCD（Bipolar-CMOS-DMOS）技术构建，与现有的BCD平台不同，Treo提供了业界领先的1V 至90V电压范围，实现了卓越的集成度、更低的功耗和领先行业的效率。与较早的180nm CMOS 技术相比，通过利用65nm工艺技术，安森美显著提升了半导体设计能力。

图2：Treo平台大幅缩小了尺寸

Treo平台的65nm BCD 技术具有多项关键优势，包括：

能效提升：栅极氧化层厚度的减少降低了电源电压（2.5V对3.3V 或5.0V），从而可节省高达25% 或 50% 的功耗。 实际的功耗降低可能因电流消耗减少而有所不同，甚至可能超过这一数值。

缩小尺寸：从180 nm缩小到65 nm工艺技术，可显著减少低压模拟电路的面积。

性能提升：通过改进晶体管匹配和缩小几何尺寸，基于Treo的解决方案在相同的功耗下实现了更高的精度和更大的带宽。

无缝高压集成：Treo可将高压元件嵌入芯片本身，从而无需外部电源模块，简化了设计复杂性。

案例研究：Treo在运算放大器电路中的优势

为了展示Treo平台的优势，安森美对采用180nm CMOS工艺设计的两级米勒运算放大器与其移植到Treo 65nm BCD平台的版本进行了直接对比。

为确保性能相当，移植过程中仔细处理了失调电压、带宽、相对输入共模范围等关键参数。流片后对两种电路进行特性测试，最终验证了移植至Treo工艺带来的性能提升。

结果清楚地表明，在Treo平台上开发的设计具有显著优势：

功耗：降低了2.2倍，这意味着新设计的功耗不到旧设计的一半。

芯片面积：减少43.1%，硅片使用率提高2.32 倍。

整体PPA 品质因数 (FoM)：基于Treo的设计性能是180nm版本的5.1 倍。

图3：用于运算放大器比较的PPA 三角形

(绿色为180nm，橙色为BCD65）

这些改进不仅提高了效率，还使设计人员能够在更小的器件中集成更多的功能和性能，从而使下一代半导体产品更具竞争力和成本效益。

卓越制造

芯片设计方面的技术进步固然重要，但强大的制造后盾同样不可或缺。为了确保供应链的稳定，安森美在纽约州East Fishkill投资建立了先进的半导体制造工厂。该工厂于2023年投入使用，在利用300mm晶圆技术生产基于Treo的半导体解决方案中发挥着关键作用。

通过建立本土生产基地，安森美提升了供应链的可靠性，并减少了对海外制造的依赖。鉴于近年来全球半导体短缺和地缘政治不确定性对供应链造成的冲击，这一点显得尤为重要。

结语

半导体行业正处于一个关键转折点，对更高效率、更小尺寸和更优性能的需求不断增长。安森美的Treo平台凭借其先进的65nm BCD技术，代表了这一领域的重大飞跃，与传统的模拟和混合信号解决方案相比具有显著优势。

在强大供应链和尖端制造技术的支持下，Treo平台将重新定义半导体行业的格局，提供高效节能且高性能的芯片，推动下一波技术创新。无论是在人工智能、汽车、医疗还是工业应用领域，Treo正在为一个更智能、更互联的世界铺平道路。