É possível fazer engenharia reversa de um CI analógico a partir de um exemplo físico?

Ultimamente, tenho investigado ICs personalizados desenvolvidos pela Roland no final dos anos 70 / início dos anos 80 para seus sintetizadores analógicos.

Eles pararam de fabricar esses componentes por volta de 1989, não há folhas de dados disponíveis e eles não serão liberados ou não terão informações sobre eles.

O IR3109 é um chip de filtro DIP16 feito de quatro OTAs em cascata e buffers controlados por um conversor exponencial. Um diagrama interno aproximado é fornecido em alguns manuais de serviço de sintetizador, e as pessoas criaram clones que parecem bem próximos.

O que me interessa é o IR3R01, um chip 'gerador de envelopes' DIP16. Utilizado para criar uma saída de tensão DC em resposta às teclas pressionadas no teclado e aplicadas ao filtro ou amplificador.

Eu queria saber se é possível examinar esses ICs de alguma forma e descobrir quais componentes e valores estão dentro. Talvez expondo o dado e avaliá-lo sob um microscópio eletrônico? Tenho certeza de que, se possível, seria muito caro.

Claro que é possível. Existem muitas empresas que fornecem esses serviços. A verdadeira questão é se você pode ou não fazer isso em casa.

Você pode se safar sem precisar de um SEM (Microscópio Eletrônico de Varredura), que o design pode ser feito na geometria ~ 3u que seria imaginável usando luz visível.

Você precisará de um banco úmido para gravar as camadas, como o HF para SiO2, mas também precisará remover o Si3N4, o SiON e o alumínio. É possível que você precise de um condicionamento seco (plasma Ar em uma câmara de vácuo) para remover os plugues de tungstênio nas vias.

Seus principais problemas serão medir os valores exatos de resistores e capacitores (se houver). Delineando os limites dos implantes de substrato (decoração com produtos químicos mais desagradáveis ​​em uma bancada úmida) e determinação de perfis de doping. Os perfis de doping são facilmente obtidos em uma unidade SIMS (espectrômetro de massa de íons secundários), mas alguns dos detalhes estruturais dos implantes no FEOL (Front End of Line) podem ser sutis.

Haverá espessuras sutis da camada que precisarão ser medidas antes que sejam danificadas ou reduzidas em espessura pelas gravuras úmidas.

Haverá uma topografia significativa da superfície da matriz (a CMP não existia na época), portanto a profundidade do foco pode complicar a captura de fotos.

Seria improvável que você fosse capaz de obter as características exatas do transistor que o chip original possuía facilmente. Você realmente precisa entender não apenas o processamento, mas a física dos transistores e o papel dos diferentes implantes.

No lado positivo, se você teve múltiplos chips (que você iria precisar) que você pode ser capaz de liberar o acesso a um transistor e ser capaz de colocá-lo em uma curve tracer para medir diretamente. O tamanho do recurso é grande o suficiente e, sendo um chip analógico, provavelmente teria alguns transistores grandes. Mas não há certeza nisso.

A outra boa notícia é que você pode comprar SEM antigos por baixo custo. Apenas alguns US $ 10.000 e, apesar de granulados, este chip possui grandes recursos. Lembre-se de que você possui uma unidade SIMS que também pode gerar imagens (é um SEM modificado) para que você possa fugir sem duplicar o eqt.

Seu último parágrafo está basicamente correto: você pode criar uma imagem do chip e copiá-lo diretamente ou fazer engenharia reversa para produzir uma versão mais moderna. O primeiro passo pode ser possível em um laboratório universitário com o equipamento correto, mas a reprodução não será um processo barato (centenas de milhares de dólares).

Obter uma reprodução "exata" do som talvez nem seja possível com os processos modernos de IC.

A outra alternativa é caracterizar seu comportamento analógico como uma caixa preta e depois emular com um DSP. É improvável que as pessoas sejam felizes com esta solução.

Existem algumas coisas interessantes nos documentos de patentes (acredito que há ótimas coisas de Bob Moog em suas patentes), então você pode ter sorte lá.

Como mencionado acima, existem maneiras de "retirar o limite" de um chip e ler sua estrutura, embora você possa ter que fazer bastante engenharia reversa, adivinhação etc. para replicar a coisa exatamente quando é uma parte analógica.

Você pode adotar a abordagem de caixa preta de não se importar com o que está dentro da caixa, mas de qualificar seu comportamento e tentar replicá-lo. Isso pode ou não esconder nada, pode funcionar muito bem, pode ser uma dor enorme ou você pode inventar algo ainda melhor por acidente ao longo do caminho.

Existem também (tenho certeza) maneiras / software para qualificar a resposta e depois esguichar esse modelo em um DSP, microcontrolador ou algo assim. Claro, os puristas não vão gostar disso, e é meio trapaceiro.

Como sua descrição parece uma função bastante simples, a abordagem da "caixa preta" de ignorar o interior e apenas desenvolver um circuito que faz a mesma coisa pode ser a opção mais fácil.