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面向世界,推動高階量測儀器產業升級 臺灣大學高階量測儀器基礎技術研發中心
分類:產學快訊
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發佈日期:2016-04-06
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面向世界,推動高階量測儀器產業升級

臺灣大學高階量測儀器基礎技術研發中心

 

文/計畫團隊、吳姿儀、張萬珍   圖/吳姿儀

參考資料/2012經濟部產業白皮書、臺大電資學院焦點新聞 

 

是德科技示波器工廠副總裁Dave Cipriani(左)與國立臺灣大學電資學院陳銘憲院長(右)於「高速通訊電路實驗室」揭幕典禮遞牌合影。

 

    高階量測儀器向來以美商為市場領導者,國內則以1975年成立的固緯電子為代表廠商。擁有自主的高階量測儀器將能縮短臺灣電子產品上市前檢測所需的時間,提升產業的競爭力,亦能使國內自產的數位儲存示波器提升至中高階領域,售價與獲利空間將大幅成長,提升全球市場占有率和產值。

    國立臺灣大學「高階量測儀器基礎技術研發中心」位於校內電子工程研究所,擁有前瞻性的積體電路研究能力。該中心聚集國內頂尖人才,由現有的電路技術出發,進行相關的技術提升和研究,開發並整合各項高階量測儀器基礎技術。

    該中心更透過國際和國內的產學合作、技術轉移和衍生服務,與業界共同產出有潛力的積體電路設計。例如已與固緯電子實業股份有限公司簽訂「合作意向書」,期許能提升工業基礎技術水準,強化產業長期競爭力,為臺灣電機電子產業開闢一條康莊大道。

臺大電資學院教授群於「高速通訊電路實驗室」揭牌典禮後與是德科技示波器工廠副總裁Dave Cipriani(右三)合影。

 

具體目標 踏實深耕

    在日新月異的大千世界中,如何始終如一,抓住要領,達成深耕工業基礎技術專案計畫「厚植核心知識,掌握發展根基」的總目標呢?劉深淵主持人表示,臺大高階量測儀器基礎技術研發中心係以「技術開發」、「業師授課與實作人才」、「研發紀錄與知識管理」、「產學合作與技術轉移」、「專利申請」、「技術競賽與成果發表」共六大面向做為執行重點。由於實事求是,戮力執行,在各面向都達成具體突出的成果。

計畫總目標達成示意圖。

 

開發高速寬頻高階量測儀器關鍵技術

    劉深淵主持人表示,本計畫係開發高速寬頻的高階量測儀器關鍵技術,而非開發示波器,將協助國內廠商提升至中高階數位儲存示波器(頻寬為≥ 2 GHz,取樣率≥ 10 GSamples/sec)。因此分成三大類。第一類是探針技術,需要非常寬頻而低雜訊的放大器,計畫團隊每年會訂定一項技術指標,逐年達成。第二項是對類比的高頻訊號進行取樣的類比至數位轉換器(Analog-to-Digital Conversion; ADC)技術,這項速度要達10 GSamples/sec,所以採用時間交錯的ADC技術。也因為要以這種高速度來取樣,所以要有很乾淨的脈波產生器-低雜訊高速的鎖相迴路,提供給本計畫所開發的ADC使用。此外,示波器的問題是取樣到的訊號可能會受到製程、溫度、電源等雜訊的影響,必須要進行校正,本計畫因此亦發展數位校正的技術。

    數位儲存示波器廣泛運用於電子電機領域中,其基礎技術的開發亦可應用於3C電子產品、量測儀器、無線通訊、醫療儀器及雷達系統等領域。而高階量測儀器基礎技術的發展須連結晶片設計、精密測試方法,和業界的系統整合經驗,所以這種技術的發展將有助於臺灣電子領域基礎扎根,深化國內自動化測試產業技術,進而強化國內在高階量測儀器的系統開發與自主能力,並擴及半導體設備中量測模組、後段測試機臺量測模組、機械加工機具量測模組,甚至醫療器材等相關產業。

成立「高速通訊電路實驗室」

    是德科技(Keysight Technologies)是由美商安捷倫電子測試與測量部門於2014 年獨立成立的新公司,為全球量測儀器領導廠商,在無線通訊、航太與國防,以及工業、電腦和半導體等領域均居領先地位。2015年8月17日,臺大高階量測儀器基礎技術研發中心與臺灣是德科技成立「高速通訊電路實驗室」,雙方的合作延續產學合作機制,為高速通訊電路研究長期投入研發能量,並培養IC領域需求的實務人才。

    劉深淵主持人表示,這三年中計畫團隊每年都達到預期的技術指標,今年因為發展量測的示波器而與是德科技合作,公司捐贈給臺灣大學的相關儀器主要和示波器及網路分析有關,都是進行電路測量所需的高階量測儀器。而「高速通訊電路實驗室」的成立和運作,顯現該中心是面向世界在深耕技術,也顯示該中心的實力和努力已受到國際技術領先者的肯定和重視。

    在揭幕典禮當天,是德科技示波器工廠副總裁Dave Cipriani親臨臺灣大學主持揭牌儀式,他讚許臺灣大學的人才具備相當優秀的研發能力,在是德科技積極投入多項示波器關鍵技術開發的努力中,希望與臺大合作加速第五代行動網路和毫米波通訊技術的發展。在典禮中,劉深淵主持人表示歡迎這項合作,期待能藉此機會汲取並善用是德科技所擁有的專業知識,讓臺灣大學的師生和研究人員在類比與混合積體電路系統的設計領域受益,並將與是德科技發展長期持續的合作夥伴關係,藉由其深厚的量測專業知識協助臺灣發展高速通訊電路技術。

完成4顆晶片設計

    客製化IC設計方式及高階封裝技術是突破高階量測儀器技術瓶頸的途徑,此部分亦為目前國內廠商所欠缺的技術能量。因此相關技術研發除了須針對關鍵性零組件的開發、設計及整合外,亦包含整體數位系統實現所需的可靠度及精準度的提升。因此,發展適用於高階儀器的關鍵性零組件並深耕類比電路設計技術將能促成關鍵基礎技術自主化,進而解決目前國內數位儲存示波器系統的發展瓶頸。

    計畫團隊於2015年已完成4顆晶片設計:頻寬校正之全數位砰砰鎖相迴路、省面積無除頻器之次諧波注入鎖定鎖相迴路、利用頻寬擴展技術的CMOS低雜訊放大器,以及具背景式時間偏移校正之時間交錯多通道類比數位轉換器。

晶片設計圖。

 

提升產業技術

    該中心與創惟科技股份有限公司合作,公司每年投入計畫300萬元,至今已投入900萬元,計畫團隊亦已移轉三項技術給公司。在解決技術問題和技術突破方面,計畫團隊協助創惟科技成功協助研發USB 3.1之核心技術,如眼圖偵測(Eye Monitor)、10 GHz鎖相迴路(Phase-locked Loop; PLL)、3 Gbps-SDI等化器(Equalizer)、2.5 GS/s 7-bit類比數位轉換器(ADC)。此外,聯發科技股份有限公司每年贊助此計畫50萬元,三年下來已贊助150萬。計畫團隊並與台積電、友達光電、聯詠科技、敦泰電子、群聯電子、奇景光電簽訂衍生產學合作計畫共8件,總投入經費1555萬元。本計畫已獲得4件國內發明專利及2件美國發明專利。

 

遍灑深耕種子

    「技術扎根」並非一朝一夕、一人一事所能竟成,配合三項子計畫的主題,計畫團隊開設「儀器原理與量測技術」、「鎖相迴路原理及應用」、「高等類比積體電路設計」三門課程,共邀請聯發科技、是德科技、羅德史瓦茲等9家知名企業到校擔任講師,分享專業知識,並培養實作人才。其中「儀器原理與量測技術」為今年新開設課程,將能加強國內高階量測儀器技術人才養成。2015年三門課程的總修課人數高達103人,參與的研究生約22人。此計畫今年有8位碩博士班畢業生,所購買的儀器都開放其他系所的老師使用,約有47人次。

    此計畫非常重視研發紀錄與知識管理。研究生每月負責記錄實驗日誌,清楚記載研發過程,包含記錄日期、完成之研究內容、尚須突破技術、研究成果實用性等,使研究生瞭解研發紀錄與知識管理對於專利申請權益的重要性。

    104年9月11日,此計畫於臺灣大學電機二館舉行「2015運用於高階量測儀器之積體電路設計競賽」,並於18日在博理館201會議室舉行成果展示發表會。為鼓勵學校師生團隊熟悉高階量測儀器技術的運用,厚植核心知識,促進相關人才之培育及產出,競賽分為類比和數位電路設計兩組,共吸引全臺7所公私立大學組成22組競賽團隊參加。

競賽海報。

深耕專案計畫名稱:高階量測儀器基礎技術研發中心

計畫主持人:劉深淵教授

計畫成員:陳怡然教授、林宗賢教授、吳安宇教授、李泰成教授、

                 陳信樹教授、謝漢卿副理(創惟)、黃瑞澤經理(創惟)、

                 林偉良、田哲瑋、何寬耘、張舜棋、陳先哲、杜昱璇、徐聖奕、

                 羅業興呂昀芝、廖駿宇、徐金言、吳健、潘彥宇、陳彥儒、

                 曾千鑑、莊郁暐、李秉玠、郭文杰、陳成銘、施紀懷、黃柏超、

                 林楷越、林瑞民、吳世偉、楊蜜迪

執行機關:國立臺灣大學電子工程學研究所

合作機構:創惟科技股份有限公司