Schnittstellen-ICs: Analoge Technik bewegt digitale Inhalte

Eine visuell vernetzte Welt wird zunehmend Realität. Auch wenn Anwendungen wie Echtzeit-Videokonferenzen im privaten Bereich noch alles andere als weit verbreitet sind – die Technik dafür existiert bereits. Neben dem Fernsehen gewinnt die Video-Übertragung auf Mobiltelefone, Laptops und iPods an Verbreitung, ermöglicht durch modernste BiCMOSHalbleiterprozesse und analoge Technik. Schnelle Schnittstellen-Bausteine säubern verrauschte digitale Signale und sorgen dafür, dass die entscheidenden Szenen des Fußballspiels ungestört genossen werden können.

Eine visuell vernetzte Welt wird zunehmend Realität. Auch wenn Anwendungen wie Echtzeit-Videokonferenzen im privaten Bereich noch alles andere als weit verbreitet sind – die Technik dafür existiert bereits. Neben dem Fernsehen gewinnt die Video-Übertragung auf Mobiltelefone, Laptops und iPods an Verbreitung, ermöglicht durch modernste BiCMOSHalbleiterprozesse und analoge Technik. Schnelle Schnittstellen-Bausteine säubern verrauschte digitale Signale und sorgen dafür, dass die entscheidenden Szenen des Fußballspiels ungestört genossen werden können.

Darin stehen tE, tB und tC für die Ladungsträger-Laufzeiten in Emitter, Basis und Kollektor, die wiederum proportional zur Dicke der Emitter-, Basis- und Kollektorschicht sind. Cje und Cjc sind die Sperrschicht-Kapazitäten von Emitter und Kollektor unter der Annahme, dass die Emitter-Basis-Sperrschicht im aktiven Betrieb in Durchlassrichtung vorgespannt ist. Die Emitter-Kapazität dominiert dabei die Kollektor-Kapazität. Sie ist proportional zur Dotierungskonzentration der Basisregion.

Mit dem Ziel, die Emitter-Sperrschichtkapazität zu minimieren, wurde ein patentierter, schwach dotierter so genannter „Basis-Spacer“ eingesetzt, um die Dotierungs-Konzentration der Basis an der Basis-Emitter-Sperrschicht zu verringern. Diese Maßnahme reduziert tatsächlich Cje, hat aber eine größere Basisbreite zur Folge und wirkt sich damit ungünstig auf die Ladungsträgerlaufzeit in der Basis aus. Als Abhilfemaßnahme wird in der Nähe der Basis-Kollektor-Sperrschicht Kohlenstoff verwendet. Dies hat die günstige Wirkung, dass ein tieferes Eindiffundieren von Bor in die Basisschicht während der nachfolgenden Verarbeitungsschritte unterbunden wird. Dadurch wird die Basisbreite und damit tB minimiert und der Basis ein sehr steiles Dotierungsprofil mit dem Resultat eines entsprechend starken Driftfelds verliehen. Insgesamt wird in erster Linie darauf geachtet, die vertikale Ladungsträger-Laufzeit und damit die Geschwindigkeit des Transistors zu optimieren, während bei der Skalierung von CMOS-Schaltungen die horizontale Geometrie im Vordergrund steht.

Insgesamt resultieren hieraus das in Bild 4 wiedergegebene Dotierungsprofil und ein äußerst effektiver Prozess für die neuesten schnellen Schnittstellen-Bausteine. Diese stützen sich in ihren rauscharmen Signalpfaden auf leistungsfähige Bipolartransistoren, während für stromsparende Logik und Steuerungsfunktionen auf CMOSTransistoren zurückgegriffen wird.

Beispiele für schnelle Schnittstellen-Bausteine auf Basis des BiCMOS8-Prozesses sind in Bild 5 dargestellt. Der LMH0346 [2] ist ein 2,97-Gbit/s-HDTV-„Reclocker“ mit der halben Verlustleistung vergleichbarer konkurrierender Lösungen, die Version LMK03000 [3] ist das Mitglied einer neuen Familie von Präzisions-Clock-Conditionern mit Hochfrequenz-PLLStufe, äußerst rauscharmen VCO und programmierbaren rauscharmen Ausgängen. Der typische Jitter von 400 fs wird industrieweit von keiner anderen Single-Chip-Lösung erreicht. Unter der Bezeichnung DS42BR400 [4] schließlich bietet National einen 4,2-Gbit/s-CML-Puffer mit der industrieweit wohl niedrigsten Verlustleistung von 140 mW pro Kanal und einem Jitter von nur 25 ps an.