原文作者：Daniel Payne
从1978开始，我就一直在驾驶汽车，甚至自己在车库修车，所以我知道发动机舱、变速箱和排气系统的温度有多高，这使得汽车IC设计的电子组件需要有独特的高温和电压范围。我们开车时的安全是至关重要的，所以汽车设计师有很大的责任来管理我们看不到的电子子系统。主要汽车公司和特斯拉(Tesla)等电动汽车初创企业最近在先进驾驶辅助系统(ADAS)方面取得的进展，也为我们的汽车提供了前所未有的集成电路和雷达、激光雷达等传感器。
ADAS特性。资料来源:机器人与自动化
理想情况下，在芯片级，设计师需要知道流程变化、电压水平和当地气温(PVT)来控制芯片操作，使其保持安全操作规范，而不是热引起的电迁移故障或电源电压超出规范。简单总结一些汽车集成电路设计挑战：
- 可靠性
- 支持ISO 26262等标准
- 供应商的长期承诺
- 监测老化效应
- 漂移
- 安全
- 开发周期长
ISO 26262。资料来源：National Instruments
ITRI Industrial International预测，2017年至2022年，汽车电子行业将以11.9%的年增长率增长，因此IC设计界非常积极地设计新的芯片以迎接ADAS的挑战。在信息娱乐方面，我们的汽车正在成为移动热点，使我们能够不间断的使用智能手机，还可以用声音或触摸屏幕控制汽车仪表板。
汽车内部的芯片可以使用三星(Samsungor) TSMC生产的尖端7nm硅，一直到成熟的180nm节点。节点越小，过程变化对可靠性的影响越大。如果我们知道每个块在哪个进程角下运行，那么我们可以采取设计步骤来控制频率和电压级别，以便保持在电源规格范围内。
热效应对汽车集成电路仍然很重要：
- 与平面CMOS相比，FinFET结构的散热能力较差
- 密度的增加导致热挑战增加
- 电气过应力（EOS）
- 电迁移(EM)
- 热载体老化
- 负偏压温度不稳定性增加(NBTI)
- 设备泄漏导致热，热导致更多泄漏(热失控)
- 当我们从一个FinFET节点移动到下一个较小的节点时，泄漏会增加
飞思卡尔半导体公司的Ashish Kumar Gupta总结了热量问题，“设计人员面临着新挑战，他们需要提供节能系统来平衡或平均分配芯片上可能的热点。在这种情况下，动态温度管理(DTM)技术是一个很有前途的解决方案。DTM通过在硅中优化配置智能温度传感器，在空间和时间上精确地感知和管理芯片上的温度。”
幸运的是，对于针对汽车的新芯片设计不必为PVT监视创建自己的半导体IP，因为有一个供应商专门专注于PVT监控器件：Moortec。他们是台积电IP联盟的成员，在这方面有超过十年的经验。他们的片内监控子系统IP经过40nm、 28nm、 16nm、 12nm和7nm的硅验证，因此选择范围很广。此外，Moortec为台积电用户提供的IP已经通过了TSMC9000质量计划的严格要求。
资料来源：台积电
工程师想要了解所有部件是如何为IP连接在一起的，所以这里的图表显示了连接多个PVT监视器来控制它们的子系统的概念。
PVT子系统
对于汽车来说，环境温度范围一般在-40℃到125℃之间，但是根据晶体管的数量、工艺节点、工作频率和电压等级，IC的结温会比最坏情况下的125℃还要高。在管理热规范时，在芯片上安装多个温度监视器是明智的选择。当芯片达到热极限时，控制逻辑可用于降低电压电平、降低频率或两者兼而有之。
当IC设计人员确定布局中的热点时，工程师可以明智地在芯片周围放置热监控器，以便实时测量结温，然后在需要时采取纠正措施。
总结
通过在芯片上放置多个PVT监视器IP块作为结构，可以满足汽车设计IC的工艺变化、电压变化和热挑战。Moortec是PVT监控子系统(从40nm到7nm节点)的领导者，拥有大量经过硅验证的结果和用例经验，因此我们可以快速使用它们的IP并控制芯片对变化的反应，确保它们的安全性并在规范范围内运行。
