Ist es möglich, einen analogen IC anhand eines physischen Beispiels zurückzuentwickeln?

In letzter Zeit habe ich kundenspezifische ICs untersucht, die Roland in den späten 70ern / frühen 80ern für ihre analogen Synthesizer entwickelt hat.

Sie haben die Herstellung dieser Komponenten um 1989 eingestellt, es sind keine Datenblätter verfügbar und sie werden nicht veröffentlicht oder haben keine Informationen darüber.

Der IR3109 ist ein DIP16-Filterchip, der aus vier kaskadierten OTAs und Puffern besteht, die von einem Exponentialkonverter gesteuert werden. Ein grobes internes Diagramm ist in einigen Synth-Service-Handbüchern enthalten, und die Leute haben Klone erstellt, die ziemlich nah beieinander klingen.

Das, an dem ich interessiert bin, ist der IR3R01, ein DIP16-Hüllkurvengenerator-Chip. Wird verwendet, um eine Gleichspannung zu erzeugen, wenn Tasten auf einer Tastatur gedrückt und an den Filter oder Verstärker angelegt werden.

Ich habe mich gefragt, ob es möglich ist, diese ICs irgendwie zu untersuchen und herauszufinden, welche Komponenten und Werte sich darin befinden. Vielleicht den Chip belichten und unter einem Elektronenmikroskop auswerten? Ich bin sicher, wenn es möglich ist, wäre es sehr teuer.

Natürlich ist es möglich. Es gibt viele Unternehmen, die diese Dienste anbieten. Die eigentliche Frage ist, ob Sie dies zu Hause tun können oder nicht.

Sie könnten davonkommen, ohne ein REM (Rasterelektronenmikroskop) zu benötigen. Dieses Design könnte in einer Geometrie von ~ 3u ausgeführt werden, die mit sichtbarem Licht vorstellbar wäre.

Sie benötigen eine Nassbank zum Abätzen von Schichten wie HF für SiO2, müssen jedoch auch Si3N4, SiON und Aluminium entfernen. Möglicherweise benötigen Sie eine Trockenätzung (Ar-Plasma in einer Vakuumkammer), um Wolframstopfen in Durchkontaktierungen zu entfernen.

Ihre Hauptprobleme werden darin bestehen, die genauen Werte von Widerständen und Kondensatoren (falls vorhanden) zu messen. Abgrenzung von Substratimplantaten (Dekoration mit bösartigeren Chemikalien in einer Nassbank) und Bestimmung von Dotierungsprofilen. Die Dotierungsprofile können leicht mit einem SIMS-Gerät (Sekundärionen-Massenspektrometer) erhalten werden, einige der strukturellen Details von Implantaten in der FEOL (Front End of Line) können jedoch subtil sein.

Es wird subtile Schichtdicken geben, die gemessen werden müssen, bevor sie durch das Nassätzen beschädigt oder in der Dicke reduziert werden.

Die Oberfläche des Chips weist eine signifikante Topographie auf (CMP gab es damals nicht), so dass die Tiefenschärfe die Aufnahme erschweren könnte.

Es ist unwahrscheinlich, dass Sie die genauen Transistoreigenschaften erhalten, die der ursprüngliche Chip problemlos hatte. Sie müssen wirklich nicht nur die Verarbeitung, sondern auch die Transistorphysik und die Rolle verschiedener Implantate verstehen.

Wenn Sie mehrere Chips hätten (die Sie benötigen würden ), könnten Sie möglicherweise den Zugriff auf einen Transistor freigeben und ihn auf einen Kurventracer legen, um ihn direkt zu messen. Die Strukturgröße ist groß genug, und da es sich um einen analogen Chip handelt, sind wahrscheinlich einige große Transistoren darin enthalten. Aber das ist nicht sicher.

Die andere gute Nachricht ist, dass Sie alte SEMs für niedrige Kosten kaufen können. Nur ein paar $ 10K und obwohl sie körnig sind, hat dieser Chip große Funktionen. Wenn Sie jedoch eine SIMS-Einheit haben, die auch Bilder aufnehmen kann (es handelt sich um ein modifiziertes SEM), können Sie möglicherweise davonkommen, ohne die Gleichung zu duplizieren.

Ihr letzter Absatz ist im Grunde genommen korrekt: Sie können den Chip abbilden und dann entweder direkt kopieren oder rückentwickeln, um eine modernere Version zu erstellen. Der erste Schritt könnte von einem Universitätslabor mit der richtigen Ausrüstung durchgeführt werden, aber die Reproduktion wird kein billiger Prozess sein (Hunderttausende von Dollar).

Eine "exakte" Klangwiedergabe ist mit modernen IC-Prozessen möglicherweise nicht möglich.

Die andere Alternative besteht darin, das analoge Verhalten als Black Box zu kennzeichnen und es dann mit einem DSP zu emulieren. Es ist unwahrscheinlich, dass Menschen mit dieser Lösung zufrieden sind.

Es gibt ein paar interessante Dinge in Patentdokumenten (ich glaube, es gibt einige großartige Sachen von Bob Moog in seinen Patenten), also könnten Sie dort Glück haben.

Wie oben erwähnt, gibt es Möglichkeiten, einen Chip zu "entkappen" und seine Struktur zu lesen, obwohl Sie möglicherweise einiges an Reverse Engineering, Vermutungen usw. durchführen müssen, um das Ding genau zu replizieren, wenn es sich um einen analogen Teil handelt.

Sie können den Black-Box-Ansatz wählen, sich nicht um was zu kümmern verwenden, indem Sie sich nicht darum sich in der Box befindet, sondern ihr Verhalten qualifizieren und versuchen, es zu replizieren. Dies kann ein Versteckspiel sein oder auch nicht, es könnte großartig funktionieren, es könnte ein großer Schmerz sein, oder Sie könnten sich unterwegs aus Versehen etwas noch Besseres einfallen lassen.

Es gibt (da bin ich mir sicher) auch Möglichkeiten / Software, um die Antwort zu qualifizieren und das Modell dann in einen DSP, Mikrocontroller oder ähnliches zu spritzen. Natürlich werden Puristen das nicht mögen, und es ist ein bisschen Betrug.

TBH Ihre Beschreibung klingt wie eine ziemlich einfache Funktion, so dass der "Black-Box" -Ansatz, das Innere zu ignorieren und nur eine Schaltung zu entwickeln, die dasselbe tut, die einfachste Option sein kann.