細(xì)分市場(chǎng)差異化需求對(duì)ADC器件的新挑戰(zhàn)

隨著數(shù)字處理器技術(shù)的大發(fā)展，對(duì)模擬混合信號(hào)器件提出了更高的要求，這其中的代表器件就是模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器(ADC)。ADC市場(chǎng)近年來(lái)的發(fā)展趨勢(shì)，業(yè)內(nèi)目前公認(rèn)是高速度，更精確，更低功率，高集成，小體積等。未來(lái)ADC工藝架構(gòu)會(huì)有什么演變？會(huì)有什么新功能集成？如何滿(mǎn)足不同細(xì)分市場(chǎng)造成的差異化需求？近日，本刊記者采訪(fǎng)了幾位ADC原廠(chǎng)的專(zhuān)家，就以上問(wèn)題做出了詳細(xì)解答。

 

ADC市場(chǎng)前景廣闊，競(jìng)爭(zhēng)日趨激烈

“ADC不僅是一個(gè)關(guān)鍵市場(chǎng)，與半導(dǎo)體其它市場(chǎng)不同的是，它還是一個(gè)新興市場(chǎng)。”德州儀器(TI)高性能模擬高速產(chǎn)品營(yíng)銷(xiāo)經(jīng)理Chuck Sanna認(rèn)為，ADC市場(chǎng)在4年內(nèi)將會(huì)相當(dāng)于數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器的全部市場(chǎng)。根據(jù)Databeas的數(shù)據(jù)，在通用模擬IC領(lǐng)域，TI占據(jù)17%的市場(chǎng)份額，而在數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器市場(chǎng)ADI則占據(jù)全球市場(chǎng)份額的47.5%。

 

德州儀器高性能模擬高速產(chǎn)品營(yíng)銷(xiāo)經(jīng)理Chuck Sanna

 

據(jù)透露，在過(guò)去的10年里，TI發(fā)布了600多種新型的ADCs、DACs、AFE和音頻解碼器。其收購(gòu)的國(guó)家半導(dǎo)體發(fā)布了155種數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器，合在一起是755種，即10年中平均每年生產(chǎn)75種數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器。針對(duì)不同的市場(chǎng)，TI開(kāi)發(fā)了不同要求的ADC產(chǎn)品。

在消費(fèi)電子領(lǐng)域，ADC更注重尺寸、功耗、集成性等。Sanna對(duì)筆者表示，TI最近面向ADC推出了一款最低功耗驅(qū)動(dòng)器放大器OPA2835/36，具有非常低的功耗，這款高速放大器是為工業(yè)，醫(yī)療或者消費(fèi)領(lǐng)域的低功耗便攜式產(chǎn)品特別設(shè)計(jì)的。該OPAx836運(yùn)算放大器可將功耗銳降33%，帶寬提高2倍以上，轉(zhuǎn)換率加速15倍，總諧波失真(THD)改善40倍，并將精度提高75%。此外，TI發(fā)布的另一款高速轉(zhuǎn)換ADC 12D1800RF，擁有12位分辨率，高達(dá)3.6GHz每秒，將會(huì)革新通訊和建筑領(lǐng)域里的軟件定義無(wú)線(xiàn)電，在任何無(wú)線(xiàn)電上取消所有分離的射頻轉(zhuǎn)換元件，極大地縮小面積，降低重量和成本。

 

ADI公司華中地區(qū)銷(xiāo)售經(jīng)理張靖表示，未來(lái)ADC將面臨更多的“智能”需求。通過(guò)控制額外的系統(tǒng)功能，這類(lèi)智能轉(zhuǎn)換器不僅僅使設(shè)計(jì)人員采用更小、更簡(jiǎn)單、更高性?xún)r(jià)比的數(shù)據(jù)處理器成為可能，而且進(jìn)一步簡(jiǎn)化了編程并使系統(tǒng)整體性能得到提高。他同時(shí)認(rèn)為，ADC的技術(shù)發(fā)展應(yīng)該是結(jié)構(gòu)與工藝的共同發(fā)展，甚至今后會(huì)出現(xiàn)電子真空管向半導(dǎo)體轉(zhuǎn)換的這樣革命性的工藝轉(zhuǎn)變。在今后的1到2年內(nèi)，兩大主題將會(huì)詮釋這一趨勢(shì)，即與轉(zhuǎn)換器核心技術(shù)發(fā)展齊頭并進(jìn)的先進(jìn)傳感器快速擴(kuò)張，以及在數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器內(nèi)嵌入持續(xù)可調(diào)節(jié)功率功能的發(fā)展方向。

 

ADI公司華中地區(qū)銷(xiāo)售經(jīng)理張靖

 

據(jù)介紹，由于中國(guó)市場(chǎng)具有性?xún)r(jià)比要求較高，產(chǎn)品開(kāi)發(fā)周期短，同一應(yīng)用有向著更精密，轉(zhuǎn)換速度更高的趨勢(shì)發(fā)展等特點(diǎn)。ADI不斷在產(chǎn)品設(shè)計(jì)和工藝上下功夫，不斷提升自身的性?xún)r(jià)比。張靖表示，ADI將提供CFTL(實(shí)驗(yàn)室驗(yàn)證電路)、ADIsimADC、ADI ADC Analyzer、Visual Analog、MultiSim(ADI version)等工具以簡(jiǎn)化客戶(hù)設(shè)計(jì)。同時(shí)，ADI每月將會(huì)推出一套整體解決方案，幫助客戶(hù)縮短設(shè)計(jì)周期。除此之外，ADI在轉(zhuǎn)換器設(shè)計(jì)本身也會(huì)在其工藝上做一些改善以提升整體性?xún)r(jià)比。“ADI在2012年會(huì)依賴(lài)其新架構(gòu)的優(yōu)勢(shì)，致力于為針對(duì)性的行業(yè)市場(chǎng)提供整體解決方案的開(kāi)發(fā)。”

 

除了工藝上的變革，未來(lái)ADC與MCU、RF等器件集成SoC也成為一大發(fā)展趨勢(shì)。芯?？萍籍a(chǎn)品研發(fā)中心總監(jiān)劉小靈認(rèn)為，ADC與傳感器及RF一起，將會(huì)組成未來(lái)物聯(lián)網(wǎng)的神經(jīng)末梢。“這將會(huì)以我們意想不到的方式改變我們的生活。例如，可以通過(guò)內(nèi)置在紐扣、眼鏡框這些小物件上的物聯(lián)網(wǎng)終端器件來(lái)感知人的健康狀況及運(yùn)動(dòng)量，可以及時(shí)發(fā)現(xiàn)潛在的健康風(fēng)險(xiǎn)，甚至預(yù)知人的情緒變化等。”

針對(duì)不同市場(chǎng)需求進(jìn)行產(chǎn)品調(diào)整

 

除了提高采樣率及提高精度，近年來(lái)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器設(shè)計(jì)一直把重點(diǎn)放在減少功耗和提高分辨率性能上。然而這些都是很差異化的需求，在不同的細(xì)分市場(chǎng)，客戶(hù)會(huì)提出不同的要求，這也給ADC帶來(lái)了更新的挑戰(zhàn)。

 

在醫(yī)療電子、通信、工業(yè)自動(dòng)化、汽車(chē)電子等不同領(lǐng)域，ADI均有針對(duì)性地推出了不同產(chǎn)品。據(jù)張靖介紹，在醫(yī)療領(lǐng)域，要求電路體積足夠小，系統(tǒng)功耗足夠低，以及更好的熱特性。因此，ADI會(huì)推出的多通道ADC+模擬前端產(chǎn)品具有低噪音、低通道干擾、高隔離度、低功耗等特點(diǎn)。在通信領(lǐng)域，ADI將要推出的AD9357、AD9361等高速收發(fā)器主要特點(diǎn)是高集成度。

 

在工業(yè)自動(dòng)化和工業(yè)儀表方面，則需要數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器產(chǎn)品有更高的性能。例如，歐洲核子研究中心用來(lái)測(cè)量CERN大型強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)內(nèi)超導(dǎo)磁體的磁場(chǎng)的儀器，采用了18位的ADI模數(shù)轉(zhuǎn)換器AD7634，在最大采樣速率670kSps時(shí)具有優(yōu)異的101dB信納比。在汽車(chē)電子方面，通常面臨有限的安裝空間、惡劣的運(yùn)行環(huán)境以及成本壓力，需要更具針對(duì)性的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器。例如，ADI公司推出的AD8283將汽車(chē)?yán)走_(dá)接收器模擬前端集成到一塊芯片中，大大提高了集成度，降低了汽車(chē)?yán)走_(dá)的尺寸和成本。而在消費(fèi)電子領(lǐng)域，則對(duì)尺寸、功耗、集成性的要求比較看重，其中對(duì)功耗的要求最高。

 

芯?？萍籍a(chǎn)品研發(fā)中心總監(jiān)劉小靈

 

芯?？萍嫉腁DC及其SoC產(chǎn)品主要應(yīng)用于電子衡器以及工業(yè)控制。芯海目前出貨最大的產(chǎn)品為家用秤SoC，內(nèi)置高精度ADC、MCU及LCD驅(qū)動(dòng)器，市場(chǎng)占有率約為30%并處于持續(xù)上升中，工業(yè)控制類(lèi)ADC的市場(chǎng)占有率低于10%。在電子衡器領(lǐng)域，主要要求低功耗、高精度，因?yàn)槎际且噪姵厣踔潦枪夥姵毓╇?，重量分辨率要達(dá)到十萬(wàn)分之一。工業(yè)控制和醫(yī)療電子，重點(diǎn)要求的是高可靠性、高精度，目前芯?？萍季邆淇?000V以上ESD以及5000V以上EFT的產(chǎn)品設(shè)計(jì)能力，可以為工業(yè)控制和醫(yī)療電子提供高品質(zhì)的ADC器件。

 

據(jù)劉小靈透露，2012年，在家用衡器領(lǐng)域，芯?？萍紝?huì)推出光伏電池供電的專(zhuān)用芯片CSU1001，能夠在室內(nèi)50流明的光線(xiàn)下支持稱(chēng)重?？墒褂霉夥姵毓╇姷母呔華DC SoC芯片。這顆產(chǎn)品專(zhuān)門(mén)針對(duì)光伏電池供電的高精度測(cè)量?jī)x器開(kāi)發(fā)?？捎糜谔?yáng)能人體秤、廚房秤、胎壓計(jì)等場(chǎng)合。為開(kāi)發(fā)節(jié)能環(huán)保的精密測(cè)量產(chǎn)品，降低電池重金屬污染提供了有力支持。在工業(yè)控制領(lǐng)域，芯?？萍紕t會(huì)推出有效精度達(dá)到24位的CS1232，能夠滿(mǎn)足工業(yè)儀器儀表10萬(wàn)點(diǎn)分辨率的要求。

 

劉小靈同時(shí)表示，從技術(shù)指標(biāo)上國(guó)內(nèi)廠(chǎng)商很難與之正面競(jìng)爭(zhēng)，但是在細(xì)分市場(chǎng)方面，國(guó)內(nèi)廠(chǎng)商也開(kāi)始逐步實(shí)現(xiàn)局部競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)，并蠶食國(guó)際大廠(chǎng)的既有市場(chǎng)。在電子衡器領(lǐng)域處于領(lǐng)先地位的芯?？萍冀陙?lái)大力研發(fā)高可靠性、高精度ADC產(chǎn)品，除了在高精度、低速度的Sigma-Delta ADC市場(chǎng)與國(guó)際大廠(chǎng)展開(kāi)競(jìng)爭(zhēng)外，部分大陸廠(chǎng)商已經(jīng)開(kāi)始搶占高速ADC的市場(chǎng)。例如，應(yīng)用于示波器的ADC市場(chǎng)，目前已經(jīng)開(kāi)始被國(guó)產(chǎn)芯片所替代，特別是200M以下的示波器，已經(jīng)大量使用國(guó)產(chǎn)芯片。