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羅姆推新CMOS運算放大器 提升抗雜訊性能
半導體製造商羅姆(ROHM)研發出雙通道高速接地檢測CMOS運算放大器「BD77502FVM」,適用於計量裝置、控制裝置中使用的異常檢測系統,以及處理微小訊號的各種感測器等,需要高速感測的工控裝置和消費性電子裝置。
近年來,隨著IoT的普及,汽車和工控裝置等多種應用中,也陸續搭載了許多可用於高階控制的電子元件。而在應用裝置的電子化和高密度化發展下,雜訊環境也越來越差,感測器等處理微小訊號元件的降噪設計已成為重要課題。此外,在確保安全性的各類異常檢測系統中,需要能夠高速放大微小訊號的運算放大器,但其布線的負載電容容易發生不易處理的振盪,成為PCB設計上很大的負擔。
ROHM已經在抗雜訊性能優異的EMARMOUR產品系列中,推出了採用獨家電源技術「Nano Cap」,因此不會受負載電容影響而產生振盪的單通道高速CMOS運算放大器「BD77501G」。該產品獲得許多客戶和技術人員的廣泛迴響,為了回應市場的需求,本次又推出了雙通道的新產品「BD77502FVM」。
「BD77502FVM」是一款具優異EMI耐受力(以下稱「抗雜訊性能」)的高速運算放大器,具有可支援高速放大(10V/µs高迴轉率)、且不會因布線等負載電容而產生振盪等優點,另外還內建了雙電路(2ch)。由於具備出色的抗雜訊性能,因此不僅可將各雜訊頻段的輸出電壓波動控制在±20mV以內(普通產品的1/10),而且在易受負載電容影響,而產生振盪的高速型運算放大器中,也不會產生振盪並持續穩定運作。因此當本產品配置在感測器等零件的後段時,能夠不受外部雜訊和負載電容的影響,保持以高速放大訊號,而雙通道設計更有助於應用基板小型化、應用設計工時縮減,同時也提高可靠性。
羅姆小型車電MOSFET亮相 強化散熱/安裝可靠性
半導體製造商羅姆(ROHM)研發出符合汽車電子產品可靠性標準AEC-Q1011,尺寸僅為1.0mm×1.0mm的小型MOSFET「RV8C010UN」「RV8L002SN」「BSS84X」。
新產品採用ROHM獨創的Wettable Flank成型技術2,以1.0mm×1.0mm的小尺寸,確保了封裝側面電極部分的高度可達125μm。在要求高品質的車電應用上,安裝重要元件後會進行自動光學檢查(以下簡稱AOI3),打造出了非常出色的焊接可靠性。此外,通常小型化和高散熱性之間存在著取捨(Trade-off)關係,而採用底部電極結構的新封裝同時兼顧了兩者,因此非常適用於電路板有高密度需求的車電ECU和先進駕駛輔助系統(ADAS)等相關應用。
近年來,隨著汽車電子化加速,汽車中使用的電子元件和半導體元件數量也呈現增加趨勢。因此,必須要在有限的空間裡安裝更多元件,使安裝密度也能夠越來越高。例如1個車電ECU中的半導體和積層陶瓷電容的平均使用數量,預計將從2019年的186個,增加約三成至2025年的230個。為了滿足安裝密度越來越高的車電應用需求,市場對於元件體積的要求也越來越高,因此能夠兼顧小型化和高散熱性的底部電極封裝產品逐漸受到青睞。
另一方面,為了確保車電元件的可靠性,雖然安裝元件後會進行AOI,但由於底部電極封裝只在底部有電極,故無法仔細確認焊接狀態,要進行符合車電標準的AOI會有一定難度。
羅姆新VCSEL模組提高空間識別/測距雷射光源輸出功率
半導體製造商羅姆(ROHM)研發出全新VCSEL模組技術,透過雷射光源中VCSEL的輸出功率的提升,實現了空間識別和測距系統(TOF系統)的高精度化。
傳統採用VCSEL的雷射光源中,作為光源的VCSEL產品和用來驅動光源的MOSFET產品在電路板上皆是個別安裝的。在這種情況下,產品之間的布線長度(寄生電感)會影響到光源的驅動時間和輸出功率,因此將為高精度感測所需的短脈衝大功率光源帶來了局限性。
本次,ROHM將新VCSEL元件和MOSFET元件集中於單一模組封裝中,縮短元件間布線長度,可充分發揮各元件的性能,若使用不易受到陽光等外部干擾的光源短脈衝(10nS以內)來驅動,輸出功率也比傳統產品提升約30%。
事實上在評估時發現,採用由雷射光源(VCSEL模組)、TOF感測器(圖像感測器等感光感測器)、控制IC等,所組成的空間識別測距系統的VCSEL模組,對TOF感測器的反射光量比傳統產品增加了約30%,這將有助於提高TOF系統精度。
該VCSEL模組適用於需要高精度感測的行動裝置人臉識別系統,以及工控裝置 無人搬運車(AGV)等領域,產品預計於2021年3月之前推出。另外ROHM也正在進行高輸出雷射技術的研發,以滿足車電用LiDAR等市場需求。
近年來,在智慧手機的人臉識別系統和平板電腦的空間識別系統中,已開始將VCSEL作為雷射光源來使用,使其應用迅速普及。包括工控領域AGV和透過手勢、形狀識別的檢查系統應用也越來越普遍,預計未來VCSEL的需求將會大幅增加。
其中,在自動化相關應用中,需要光源可達成短脈衝驅動及更高輸出功率,以更進一步提升感測的精度。
ROHM為了提升量產中VCSEL產品的輸出功率,研發出全新VCSEL模組技術。同時透過短脈衝驅動和高輸出功率,進一步提升空間識別和測距系統精度。
瞄準車用前裝市場商機 羅姆攜手勇昇/偉詮推ADAS影像解方
羅姆半導體副總經理周建光表示,羅姆看好車用商機,下一個車用電子發展重點是功率元件,期望滿足車用能源需求,並預計五年內達到50%以上的總營收來自車用電子。此次羅姆與勇昇科技、偉詮電子攜手,推出數位電子後視鏡解決方案E-mirror,從影像技術著手補助駕駛安全。
左起為偉詮電子業務副總莊明冬、羅姆半導體副總經理周建光、羅姆半導體副總經理陳宗鼎、勇昇科技業務部經理柯志信
市售電子後視鏡的功能多延伸自行車記錄器,只能記錄車子前後鏡頭的影像,羅姆半導體副總經理陳宗鼎提及,E-mirror搭載影像顯示控制器、ADAS處理器與三顆鏡頭。透過羅姆的控制器晶片處理影像,能合成三個鏡頭的畫面,並進行畫面校正與快速的解析度處理。羅姆半導體資深工程師俞復中進一步說明,E-mirror的三分割畫面有助於顯示更寬廣的視角,同時使用螢幕顯示(On-Screen Display, OSD)將胎壓、油量等資訊顯示在後視鏡螢幕上,並提供異常示警功能。
陳宗鼎認為,汽車影像是未來趨勢,E-mirror從ADAS的需求切入,做出架構簡單的產品,兼顧平價與快速的特性。勇昇科技業務部經理柯志信說明,有些ADAS系統採用毫米波或雷達偵測路況變化,但是一個不含處理器的雷達就要價台幣1200~1300元,且毫米波誤報的問題也時有所聞。而使用影像解決方案,完整的產品價格大約台幣350~400元,在成本上極具競爭力。
針對E-mirror的安全規範,俞復中解釋,產品符合AEC-Q100標準,其他的法規將依照車廠與不同國家的要求進行認證。現階段美國、日本及歐洲規定電子後視鏡必須在汽車發動兩秒內顯示影像才能符合車規,而E-mirror在車輛啟動後0.5秒即可顯示。柯志信表示,目前E-mirror的銷售已經跟台灣的車廠洽談合作,朝向中高階車款的前裝市場布局,有望成為特定車款的標配。
臻驅攜手羅姆成立碳化矽技術聯合實驗室
中國新能源車驅動領域高科技公司臻驅科技與半導體製造商羅姆(ROHM)宣布在中國(上海)自由貿易區試驗區臨港新區成立「碳化矽技術聯合實驗室」,並舉行了揭幕啟用儀式。
相較於IGBT等矽(Si)功率元件,碳化矽(SiC)功率元件具有較低傳導損耗與開關損耗2、以及不易受溫度影響等優勢,因此能大幅降低損耗,並廣泛運用在電動車充電器以及DC/DC轉換器等相關應用。
自2017年雙方合作以來,臻驅科技和羅姆就針對SiC功率元件在車電應用的研發上展開深度的技術交流。此次聯合實驗室的成立,就是希望透過羅姆的SiC MOSFET裸晶片和絕緣閘驅動器等技術,更進一步推動車電功率模組和逆變器的研發。今後,雙方也將持續推出以SiC為主的創新電源解決方案。
臻驅科技董事長兼總經理沈捷表示,碳化矽功率半導體模組在新能源汽車上的應用,是今後業界的趨勢所在。藉由快速彙集全球資源、加速技術研發、並及早量產高度成熟的碳化矽產品,將能確保身為車電元件廠商的核心競爭力。臻驅科技自成立以來便得到羅姆的大力支援,希望能藉此聯合實驗室的成立,加深雙方合作關係,繼續攜手向前邁進。
羅姆執行董事功率元件事業本部長伊野和英表示,羅姆身為碳化矽元件商,在提供先端元件技術和驅動IC等電源解決方案上一直保有傲人的成績,並針對xEV的相關應用持續推動SiC的普及。在SiC功率元件的技術研發方面,掌握客戶需求和市場動向是非常重要的關鍵。做為車電功率模組和逆變器開發商,臻驅科技在SiC應用研究方面發揮了重要的作用。羅姆希望藉由聯合實驗室的成立,加強雙方的合作關係,透過以SiC為主的電源解決方案更進一步推動汽車技術的革新。
功率密度優勢顯著 GaN HEMT挺進大功率市場
相較於矽材料,以GaN材料實作功率元件,可以明顯拉高切換速度,從而讓電源設計者在電源設備中採用更小的電容、磁性元件,獲得提高功率密度,降低損耗的效益。然而,天底下很少有毫無缺點的選擇,作為功率應用領域的新興材料,GaN的可靠度與安全性,終究還是未經時間考驗,對於許多產品生命週期很長的大功率設備供應商,如生產伺服器電源、馬達驅動單元、電動車充電器的業者而言,要在產品中導入GaN元件,必須從長計議。
相較之下,消費性產品的生命週期短,市場對產品的可靠度要求不會像工業、汽車產業那麼嚴謹。只要成本結構對了,終端產品上市跟普及的速度很快。舉例來說,目前消費者已經可以在3C通路跟電商平台上購買到各種基於GaN HEMT的USB快速充電器,雖然價格仍比基於矽元件的同類產品略高,但其外觀小巧易於攜帶,輸出功率又有過之而無不及,對消費者來說仍是有吸引力的選擇。
這個現象也顯示,GaN功率元件的成本結構是相當有競爭力的。只要讓客戶建立信心,GaN功率元件在汽車、工業、資料中心等大功率應用領域,也有不小的發展空間。
熬過醞釀期 大功率應用逐漸浮現
GaN Systems台灣區業務總經理林志彥指出,雖然目前GaN HEMT元件最廣為人知,出貨量也最大的應用,是各種針對零售市場推出的快速充電器配件,或是筆記型電腦的電源供應器,但該公司過去幾年除了耕耘消費性電源應用市場外,其實也花了很多心力在非消費性產品上。舉例來說,資料中心所使用的各種高功率電源設備、電動車上的車載充電單元、工業類的馬達驅動設備、機器手臂等,也都有許多客戶正在設計導入,或是已經有產品量產上市。
事實上,非消費性產品導入GaN HEMT元件的時間點,並不晚於消費性產品。例如西門子(Siemens)的馬達驅控設備,就已經採用GaN Systems提供的方案,還有許多其他不方便透漏的設備客戶,也已經推出基於GaN HEMT元件的伺服器電源、逆變器(Inverter)等產品。還有些車廠客戶,也看上GaN在功率密度上的優勢,而決定與GaN Systems合作,共同發展22kW的車載充電器。
但工業或汽車領域的客戶,對元件的可靠度、安全性,要求都比消費性產品的製造商來得更嚴謹,因此其評估、測試與研發的週期,往往得花上兩到三年。以西門子的馬達驅控設備(圖1)為例,從元件性能/可靠性評估到產品設計、測試與量產,就花了近四年時間。但也因為前期作業紮實,因此從產品量產至今,業界對GaN元件最有疑慮的可靠度問題,至今完全沒有出現過。對GaN功率元件來說,這是一個相當重要的成功案例,有助於建立客戶對GaN元件的信心。
圖1 西門子已經在馬達驅動設備中導入GaN HEMT元件
另一方面,由於前期評估跟設計導入要花極大的心力,因此工業或汽車客戶只要導入某款元件,在終端產品漫長的生命週期中,都必須確保該款元件供應無虞,這使得客戶額外重視元件是否有第二供應來源。也因為這個緣故,GaN Systems與羅姆(ROHM)在2018年中結盟合作,讓兩家業者可以共同滿足客戶需求。
工業、汽車等非消費性產品需要較長的醞釀期。成本、供應鏈是否健全,乃至元件本身的技術特性,都是客戶在設計導入時需要考量的面向。但經過過去幾年的努力,已經有越來越多工業與資通訊電源設備開始採用GaN HEMT元件,電動車應用也已經有了初步成果。GaN功率元件應用開枝散葉,將是指日可待。
成本將是GaN最大優勢
包爾英特(Power Integrations, PI)行銷副總裁Doug Bailey(圖2)則表示,對於同時需要高效率跟小尺寸的電源設備來說,GaN元件所能創造的效益最為明顯。除了消費性的NB電源跟USB快充之外,伺服器跟電動車的電源系統,也是PI非常看好的應用市場。
圖2 包爾英特行銷副總裁Doug Bailey
事實上,GaN作為電源開關,其特性幾乎是全面性地勝過基於矽的傳統元件,只是目前跟矽開關相比,GaN開關的成本還略為高出一截。如果GaN跟矽的價差能持續縮小,可能絕大多數的電源應用都會考慮採用GaN開關。
那麼,GaN開關的成本,有沒有可能直逼矽開關呢?林志彥認為,這個可能性是存在的。事實上,目前GaN HEMT的市場行情,已經很貼近基於矽的MOSFET。如果是小量採購,GaN HEMT的報價約比MOSFET高出一成多,但若是百萬顆等級的大規模採購,跟MOSFET的報價應該是相去無幾。
至於跟另一種寬能隙材料--碳化矽(SiC)相比,GaN的成本優勢會更為明顯。SiC在散熱跟耐高壓方面,表現確實是優於GaN,但SiC的材料成本相當高昂,而且因為結構的關係,不容易微縮,這使得SiC元件不僅起始價格就比GaN高出一大截,降價的速度也不如GaN。
Bailey認為,由於GaN與SiC的成本落差相當明顯,許多高功率應用的開發者都對GaN展現出濃厚興趣。只要針對高功率應用研發的GaN HEMT開發成功,相信許多高功率應用的設計者,都會很快轉向GaN。事實上,高功率GaN HEMT的進展相當快,絕大多數電動車廠都已經拿到高功率GaN HEMT的工程樣本並展開評估,因此,GaN元件在電動車市場上,應該會有十分可觀的成長。
大功率應用更需高整合方案
在GaN元件積極搶攻高功率應用市場的同時,元件的設計將跟著出現哪些變化?林志彥認為,驅動器(Driver)與HEMT的整合,將是必然發生的趨勢。事實上,對消費性電源而言,GaN HEMT與驅動器是否一定要整合,還有討論空間,因為消費性電源的功率低,GaN HEMT的開關速度不須推到極限,以便在開關損失跟開關雜訊之間取得最好的平衡。此外,由於消費性電源的GaN HEMT開關頻率不必拉得很高,因此驅動器到開關之間的距離較長,仍是可以接受的。
舉例來說,對消費性電源來說,GaN...
LAPIS播放音異常檢測功能車電語音合成LSI新品亮相
羅姆(ROHM)集團旗下LAPIS半導體推出車電語音合成LSI「ML2253x系列」產品,適用於ADAS(先進駕駛輔助系統)和AVAS(車輛接近警報系統)的語音輸出系統。
LAPIS半導體的語音合成LSI中內建通訊介面、邏輯、記憶體、放大器,構建出不需依賴主控MCU的語音輸出系統,並可減少軟體設計工時,因而在車電領域的應用越來越廣泛。
「ML2253x系列」還在上述優勢之外新增了「播放音異常檢測功能」,能夠將錯誤訊號發送到主控MCU。使用該功能可以檢測出聲音卡頓等播放音異常情況,有助進一步提升車電語音輸出系統的品質。而且,該系列產品還能提高研發的便利性,比如支援出廠後的語音資料修改,採用可同時兼顧高音質和節省記憶體的「HQ-ADPCM」壓縮方式等。
新產品已於2020年4月起開始出售樣品(樣品價格1,300日元/個,未稅),預計於2020年7月開始量產。
近年來,利用ADAS(先進駕駛輔助系統)等向行人和乘客告知車輛接近的功能已日趨重要,因此汽車製造商正積極研發語音輸出系統,要透過音效和語音來發出警告聲或通知音。語音輸出系統對於確保車輛安全來說非常重要,因此必須要能夠確實可靠地發出語音,但是傳統透過MCU發出語音的結構,不僅需要大量零件,還會增加主控MCU的負載,而為了規避風險以及系統變更時的軟體支援處理等情況,更是需要耗費大量的工時。
LAPIS半導體的新產品不僅可以減少主控MCU的軟體設計,還能構建語音輸出系統,甚至可以利用播放音異常檢測功能找出語音問題,有助進一步提高語音輸出系統品質。
ROHM無振盪高速CMOS運算放大器亮相
半導體製造商羅姆(ROHM)研發出一款高速接地檢測CMOS 運算放大器「BD77501G」,適用於各種應用如計量裝置、控制裝置中使用的異常檢測系統、處理微小訊號的各種感測器,以及需要高速感測的工控裝置和消費電子裝置。
「BD77501G」是首創可支援異常檢測系統所需的高速放大(10V/μs 高迴轉率),且不會因布線等負載電容而振盪的運算放大器。傳統的高速運算放大器受負載電容影響,時常會因振盪導致不穩定,而本產品則不會產生振盪,因此可穩定運作。另外在整個雜訊頻段,比起普通產品的輸出電壓波動達到±200mV以上,而本產品僅在±20mV以內(為普通產品的1/10),具有非常優異的EMI耐受力(以下稱抗雜訊性能)。因此,當本產品配置在感測器等零件的後段時,可以高速放大訊號而不受負載電容和外部雜訊的影響,有助減少應用設計工時並提高可靠性。
本產品已於2020年3月開始出售樣品(樣品價格500日元/個,不含稅),預計將於2020年10月起以每月100萬個的規模投入量產。
羅姆推新電源技術 大幅降低電容容量
半導體製造商羅姆(ROHM)研發出了一種全新的電源技術「Nano Cap」,該技術可讓包括車電和工控裝置在內等多種電源電路,在外接電容容量為較小的nF級時也可穩定控制。
一般來說,在電子裝置的電源電路中,會使用外接電容來穩定輸出。例如,在由線性穩壓器和微控制器組成的電路中,通常需要在線性穩壓器的輸出端配置1μF的電容,並且在微控制器的輸入端配置100nF的電容。
此次,在線性穩壓器中使用的電源技術Nano Cap,融合了ROHM「電路設計」「電路布線」「製程」三大類比技術的優勢,使線性穩壓器的輸出端不再需要電容,僅用一顆100nF的電容即可穩定運作,因此可大幅減輕電路設計負擔。
未來,ROHM將會進一步研發無電容的Nano Cap技術,除了線性穩壓器之外,在運算放大器和LED驅動器等其他類比IC中也會採用Nano Cap技術。ROHM透過減少電容、降低容值,並有效利用資源以減輕環境負擔,期望能對社會有所貢獻。
目前,採用Nano Cap技術的運算放大器已開始出售部分樣品,另外,相對應的線性穩壓器和內建穩壓器的LED驅動器,也將於2020 年開始出售樣品。
羅姆新LED驅動器確保低電壓安全照明
半導體製造商羅姆(ROHM)針對汽車晝行燈(Daytime Running Lamps, DRL)、定位燈及尾燈等插口型LED燈,研發出首創小型高輸出線性LED驅動IC BD18336NUF-M,在汽車電池電壓下降時,僅需該顆晶片即可維持安全照明。
近來方便維修保養的小型插口LED燈在汽車領域備受矚目,而ROHM的新產品BD18336NUF-M正是一款適用於驅動這類LED燈的LED驅動器。當電池電壓從13V降至9V時,利用新搭載的電壓降低時電流分流電路功能,切換LED電流路徑來防止燈滅,且能夠一直保持30%以上的亮度。另外,其3.0mm見方的超小型封裝即擁有600mA的高輸出,與傳統產品相比,包括外接電路在內的安裝面積減少了約30%,可安裝於超小型插口LED燈所需的10mm見方電路板中。基本上,使用傳統產品如果不配置外接電路,當電池電壓下降時,LED燈就會熄滅,對周圍環境造成安全性的隱憂,而新產品僅需一顆晶片即可使插口型LED燈維持安全照明及小型化。
此外,為了支援溫度容易升高的高亮度白光LED,新產品還內建抑制LED發熱的功能,可運用於白光LED的DRL。
新產品已於2019年12月開始出售樣品,計畫於2020年7月開始暫以每月40萬個的規模投入量產。