È possibile decodificare un circuito integrato analogico da un esempio fisico?

Ultimamente ho studiato circuiti integrati personalizzati sviluppati da Roland tra la fine degli anni '70 e l'inizio degli anni '80 per i loro sintetizzatori analogici.

Hanno smesso di produrre questi componenti intorno al 1989, non ci sono fogli dati disponibili e non saranno rilasciati o non contengono informazioni.

L'IR3109 è un chip di filtro DIP16 composto da quattro OTA in cascata e buffer controllati da un convertitore esponenziale. Un diagramma interno approssimativo è fornito in alcuni manuali di assistenza di synth e le persone hanno creato cloni che suonano abbastanza vicini.

Quello a cui sono interessato è l'IR3R01, un chip DIP16 'generatore di inviluppo'. Utilizzato per creare una tensione CC in risposta ai tasti premuti su una tastiera e applicati al filtro o all'amplificatore.

Mi chiedevo se fosse possibile esaminare questi circuiti integrati in qualche modo e capire quali componenti e valori fossero dentro. Forse esporre il dado e valutarlo al microscopio elettronico? Sono sicuro che se è possibile sarebbe molto costoso.

Certo che è possibile. Ci sono molte aziende che forniscono questi servizi. La vera domanda è se puoi farlo o meno a casa.

Potresti scappare senza aver bisogno di un SEM (microscopio elettronico a scansione), che il design potrebbe essere realizzato con una geometria di ~ 3u che sarebbe immaginabile usando la luce visibile.

Avrai bisogno di una panchina bagnata per incidere strati, come HF per SiO2, ma dovrai anche rimuovere Si3N4, SiON e Alluminio. È possibile che tu abbia bisogno di un attacco a secco (plasma Ar in una camera a vuoto) per rimuovere i tappi di tungsteno in vias.

I tuoi problemi principali saranno la misurazione dei valori esatti di resistori e condensatori (se presenti). Delineare i confini degli impianti di substrato (decorazione con sostanze chimiche più cattive in una panchina bagnata) e determinazione dei profili di doping. I profili antidoping sono facilmente ottenibili in un'unità SIMS (spettrometro di massa di ioni secondari) ma alcuni dei dettagli strutturali degli impianti in FEOL (Front End of Line) possono essere sottili.

Ci saranno spessori di strato sottili che dovranno essere misurati prima di essere danneggiati o ridotti di spessore dalle incisioni a umido.

Ci sarà una topografia significativa della superficie della matrice (allora non esisteva la CMP), quindi la profondità di messa a fuoco potrebbe complicare la ripresa delle immagini.

Sarebbe improbabile che tu possa ottenere esattamente le caratteristiche del transistor che il chip originale aveva facilmente. Avresti davvero bisogno di capire non solo l'elaborazione ma anche la fisica dei transistor e il ruolo dei diversi impianti.

Sul lato positivo, se avessi più chip (di cui avresti bisogno) potresti essere in grado di liberare l'accesso a un transistor ed essere in grado di metterlo su un tracciante per misurare direttamente. La dimensione della funzione è abbastanza grande ed essendo un chip analogico probabilmente avrebbe alcuni transistor di grandi dimensioni. Ma non c'è certezza in questo.

L'altra buona notizia è che puoi acquistare vecchi SEM a basso costo. Solo pochi $ 10K e anche se sono granulosi questo chip ha grandi funzionalità. Intendiamoci se si dispone di un'unità SIMS che può anche visualizzare l'immagine (è un SEM modificato) in modo da poter scappare senza duplicare l'eqt.

Il tuo ultimo paragrafo è sostanzialmente corretto: puoi immaginare il chip e poi copiarlo direttamente o decodificarlo per produrre una versione più moderna. Il primo passo potrebbe essere fattibile da un laboratorio universitario con l'attrezzatura corretta, ma la riproduzione non sarà un processo economico (centinaia di migliaia di $).

Ottenere una riproduzione del suono "esatta" potrebbe non essere nemmeno possibile con i moderni processi IC.

L'altra alternativa è quella di caratterizzare il suo comportamento analogico come una scatola nera, quindi emularlo con un DSP. È improbabile che le persone siano felici con questa soluzione.

Ci sono alcune cose interessanti nei documenti di brevetto (credo che ci siano delle cose fantastiche di Bob Moog nei suoi brevetti), quindi potresti essere fortunato lì.

Come accennato in precedenza, ci sono modi per "decapitare" un chip e leggere la sua struttura, anche se potresti dover fare un bel po 'di reverse engineering, congetture, ecc. Per replicare esattamente quando si tratta di una parte analogica.

Puoi adottare l'approccio black-box di non preoccuparti di cosa c'è dentro la scatola, ma qualificandone il comportamento e cercando di replicarlo. Questo potrebbe non nascondersi o non nascondersi a nulla, potrebbe funzionare alla grande, potrebbe essere un dolore enorme, o potresti inventare qualcosa di meglio per caso lungo la strada.

Ci sono anche modi (software sicuri) per qualificare la risposta e quindi schizzare quel modello in un DSP, un microcontrollore o qualcosa del genere. Certo, ai puristi non piacerà, ed è un po 'barare.

TBH la tua descrizione sembra una funzione abbastanza semplice, quindi l'approccio "scatola nera" di ignorare gli interni e sviluppare un circuito che fa la stessa cosa potrebbe essere l'opzione più semplice.