Перспектива: От BC108 до SiGe BiCMOS

Всичко започна, когато бях на 13 години, в училище. Един от съучениците му беше любител на електрониката и по време на междучасието той развълнувано говореше какво ще строи през уикенда. Любопитството ми достигна връхната си точка и го попитах какво списание чете. След няколко дни купих списанието, започнах да чета жадно и открих света на биполярните транзистори, а именно BC108!

Виждал съм следната схема за двустепенен усилвател, използващ BC108:

Нямах представа как работи или какво прави, просто го създадох, използвайки стойностите на компонентите в дневника. Първо си поиграх с усилвателя, като свързах микрофон към неговия вход и изход с кристална слушалка. За моя радост чух глас и карах семейството си по ъглите, разхождайки се с високоговорител и микрофон, опитвайки се да чуя разговор или птича песен. След това свързах настроена верига към входа T1 чрез AC капачката и чух MW радиото! Бях развълнуван от моите скромни постижения и скоро след това се влюбих в електрониката, която десетилетие по-късно стана моя ежедневна работа.

За да се самоиронизирам, в училище бях пълен боклук по математика. Спомням си как брат ми ми каза, че електрониката е доста математическа и трябва да си нося чорапите, иначе никога няма да постигна мечтата си да стана инженер по електроника. За съжаление се провалих по математика на ниво O и мразех предмета в училище. Не можех да видя смисъла на факторизацията или корените на квадратни или едновременни уравнения. Въпреки това беше болезнено очевидно, че имах нужда от математика на ниво A, за да вляза в бакалавърския си курс по електроника. С колан и презрамки бях решен да уча математика на ниво А и по някакъв начин убедих колежа да ми позволи да посещавам класове по математика на ниво А без математика на ниво О. Поглеждайки назад, трябва да кажа, че учителят, с когото говорих, съжаляваше за мен и вероятно си мислех, че ще се разсмее Али казва да.

Тя каза, че ако не издържа първия си A-level изпит по математика, ще трябва да напусна A-level за една година и да мина O-level. Съгласих се с нейното условие и вечерта преди първия си ден от математиката на A-ниво реших да уча и да усъвършенствам слабите си математически умения. Взех назаем книгата по математика на брат ми и отворих първата глава от нея Триъгълник на Паскал.

Спомням си, че гледах модела и успях да видя как са получени коефициентите. Но как да го използваме? Тогава книгата, която четях, премина към следното:
(x+1)0=1
(x+1)1=x+1
(x+1)2=x2+2x+1
(x+1)3=x3+3x2+3x+1
Така че коефициентите от триъгълника на Паскал могат да се използват в низходящ ред на степените на x! На следващия ден, достатъчно удивително, изучавахме триъгълника на Паскал в клас. Бях готов и когато учителят ми зададе произволен въпрос, отговорих правилно. Няколко седмици по-късно целият клас трябваше да се яви на изпит и аз се радвах, че го издържах, но най-важният урок, който научих, беше, че всъщност можех да се наслаждавам на математиката и да си играя с алгебрата по същия начин, по който обичах да правя вериги BC108. Наречете ме маниак, ако желаете и предполагам, че съм такъв.

Превъртайки бързо напред към първия си ден във Ferranti Microelectronics, Hollinwood, Oldham през 1986 г., срещнах моя шеф Дейв Бротън, с когото поддържам връзка и до днес. Той дойде да ме вземе от рецепцията, заведе ме до офиса, където щях да бъда, и след представянето се забихме в FAB 3 с 2um биполярен транзистор и 3GHz честота на предаване. В онези дни един фут от 3GHz беше приблизително най-модерното. Дейв ме накара да излея някои оформления за тестов слайд, който беше завършил наскоро.

Моята романтична връзка с BC108 изчезна за няколко години, докато всъщност не започнах да уча дизайн на вериги, като разговарях с дизайнери и избирах мозъка им и четях тонове документи. Все още си спомням как седях там с молив и хартия, опитвайки се да анализирам прости биполярни вериги, докато накрая монетата падна. Всичко започва да става ясно как работят тези прекрасни кръгове. Докато кариерата ми напредваше и се преместих в Plessey Semiconductors, преместих Ft на 15 Ghz, около 6 години по-късно. По това време се запознах с прекрасния Ник Коули, с когото поддържам връзка и до днес. Ник ми постави едно от най-големите ми дизайнерски предизвикателства… да постигна много линеен миксер, като същевременно поддържам NF под 10 dB. По времето, точно преди SiGe, тези концепции бяха домейн на GaAs. Много биполярни дизайнери смятаха, че е невъзможно да се постигне IIP3 > +15dBm и IIP2 > +40dBm, защото смятаха, че нелинейността на резисторите ще доминира.

Първото нещо, което погледнах, беше изходният ток на усилвателя с кубично изкривяване

Ако заменим

В горното уравнение,

За да разширим горното, трябва да прибегнем до….ТРИЪГЪЛНИКА НА ПАСКАЛ!!!! Помислих си, о, боже мой, извървях пълен кръг и цялата математика, която направих на A-ниво и диплома, ми беше полезна. Още един много важен житейски урок за мен.

Страници за анализ на вериги с тежка алгебра, открих нещо, което все още използвам днес… начин за проектиране на вериги, които са силно линейни на полюси. Веднага щом котката излезе от торбата, в Плеси настана суматоха. Всички, включително Ник, бяха развълнувани от перспективата да победят GaAs. Разбира се, няколко години по-късно, след няколко итерации на дизайна на силиций, представихме SL2030. Направих екранна снимка на устройството по-долу (щракнете за разширяване).

Успяхме! Можем директно да се конкурираме с GaAs и да постигнем високи IIP3 и SSB NF числа. Времето минаваше и предизвикателствата се променяха и ние се заехме с IBM Microelectronics SiGe BiCMOS, 5HP процес. Това бяха дните на Джим Дън, който ръководеше отдела за обработка на SiGe в IBM Microelectronics, Бърлингтън, Върмонт. Беше удоволствие и чест да се запозная с великия човек. Говорихме за 5HP и 7HP и използването на въглероден допинг в основата за подобряване на fmax на транзистора.

Днес, около двадесет години по-късно, биполярните транзистори са нашият ежедневен хляб и масло, въпреки че използваме и CMOS. Краката на транзисторите, с които работя днес, са в регионите от 250 GHz, което е фактор x83 по-голям от FAB3. Работя в тясно сътрудничество с Жак Пекарек, директор SiGe Operations в Global Foundries, Burlington. Джак беше нает от Джим Дън в Бърлингтън и всичко, което Джак не знае за биполярните транзистори, просто не си струва да знае. Джак казва: „Последните резултати показват, че SiGe има много бензин в резервоара, за да изпревари GaAs и да се конкурира с производителността на InP HBT, която позволява високоефективни комуникационни системи с висока скорост на данни.“

Благодаря ви любезно Джак! За мен е истинска чест да получа толкова добър цитат от брилянтен, водещ учен в обработката на силикон.

Хариет Грийн

Хариет Грийн

Връщайки се в моята любима родина, Обединеното кралство, и очаквайки с нетърпение бъдещето на британското инженерство на интегрални схеми, помолих Хариет Грийн за коментар. се върна със следното…

„Защо не отидете на IC дизайн в Обединеното кралство?“

В свят, в който технологията е повсеместна, компаниите се адаптират и се учат как да интегрират технологията в своите операции. В резултат на това има безпрецедентен ръст в глобалното търсене на квалифицирани инженери по проектиране на аналогови/смесени сигнали и инженери по проектиране на RF IC. Без тези инженери технологичният прогрес ще спре. От момента, в който се събудим, до момента, в който заспим, ние използваме аналогова технология във всеки аспект от живота си.

Ето някои от причините, поради които аналоговите ИС са страхотни:

1. Работа върху авангардни технологии и оказване на влияние върху света, в който живеем днес
Аналоговата IC индустрия може да предложи кариера в някои от най-удивителните и вълнуващи технологии, от 5G, космически технологии, смартфони, таблетни компютри, преносими медийни устройства и много други.

2. Analog IC предлага изключително конкурентни заплати и условия на работа
Видяхме, че с този ръст на търсенето компаниите предлагат на инженерите по-добри основни заплати, по-добри бонус пакети и повече гъвкавост за работа от разстояние.

3. Аналоговото е бъдещето
През 2021 г. правителствата осъзнаха нещо, което всеки в света на полуфабрикатите знае от години: полупроводниците управляват света. В резултат на това правителствата в Обединеното кралство и Европа осъзнаха стойността на полупроводниковия инженер и колко важен е той за техните икономики.“

Благодаря ви сърдечно Хариет! Както винаги, прозренията на Хариет са не само много значими, но и вдъхновение за бъдещите лидери по света. Още веднъж се чувствам чест да получа такъв цитат от гигант в индустрията.

Моята романтична терапия с BC108 завърши пълен кръг. Чувствам се много привилегирован да продължа да допринасям в областта на усъвършенствания дизайн на аналогови интегрални схеми и всеки път, когато свързвам биполярен транзистор към CAD инструмент, ми се напомня, че всичко започна с BC108. Вярвам, че ако има страст, има и воля за учене.

автор

С 31 години в индустрията на аналоговите интегрални схеми, започвайки с BC108, Ash Madni продължава да допринася за бързо променящия се свят на микроелектрониката.

Той е работил за редица големи компании, като Ferranti, STL, GEC Plessey Semiconductors, Maxim Integrated и Dialog Semiconductors, за да назовем само няколко. Работил е и в стартиращи компании, като Phyworks.

По време на мандата си в компанията за полупроводници GEC Plessey, Аш натрупа повече от 20 патента, включително Synthesis Exploiting Algebraic Design, който се използва успешно в редица продукти.

В момента Аш е артистичен директор на испанския стартъп WIMMIC, базиран в Лас Палмас, Гранд Канария. Той управлява всички технически дейности на трите отбора в Обединеното кралство, Лас Палмас и континентална Испания

За да се отпусне, той обича да се разхожда и да прекарва време със съпругата си, дъщерите и внуците си. Той също е активен като автор и стартира първия научнофантастичен роман на ужасите, Метаморфоза – Възходът на Хемонера.

Вижте също: Гледна точка: натиск върху дизайнерите на интегрални схеми