逆势而上,数据转换器市场迎来增长小?潮

上网时间: 2007年02月01日? 作者:王彦? 我来评论 【字号: ? ?小】

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2006年全球数据转换器市场似乎已经摆脱了去年增长乏力的阴影。数据表明,2006年数据转换器市场将从2005年的24亿美元大幅增长至27亿美元,增幅12.9%。更加令人兴奋的是,该市场还会在2007年迎来新的增长小?潮:市场总值超过30亿美元,增长率达到14%。

首先来回顾一下去年这个市场低迷表现的原因。令人不解的是,我们的世界正在越来越依赖于层出不穷的消费类数字化电子终端,这些产品需要大量的数据转换功能。但不幸的是,这些新兴产品需要的仅是相对分辨率较低以及带少量晶体管的数据转换器,它们更多的采用了集成了这些数据转换器的ASSP产品。“尽管消费类应用是推动数据转换器营收上升的一个大的驱动力,但是其采用的主要是嵌入式数据转换器,而非独立器件。”ADI高速信号处理事业部模拟器件产品线总监Kevin Kattmann表示。

TI高精度模拟产品亚洲区业务拓展经理官世明也同意上述观点。官世明指出,06年市场低迷的主要原因并不是需求下降了,相反,由于DSP等数字处理器的日益普及,市场对模数/数模转换应用的需求正在不断增加。“市场乏力主要是因为手机等庞大的市场因为集成度的提高,导致独立的数据转换器的需求下降了。”他分析道,“另外,由于竞争以及工艺进步等原因,数据转换器的单价也在不断降低。现在的客户能以更低的价格拿到比以往性能更高的数据转换器。”

数据转换器市场重焕勃勃生机

ADI是数据转换器市场上的常青树,在过去的数年里,其所拥有的市场份额一直都比紧跟其后的三个竞争者的总和还多。2006年该公司优势似乎还在扩大。Kevin Kattmann表示:“2006年ADI的高速分立数据转换器市场取得了强劲增长,增幅超过20%。预计2007年仍然会保持高速增长但增幅将低于2006,约为12%。”

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数据转换器市场将2010年超过38亿美元。

来自通讯应用的营收在ADI的数据转换器业务中所占比重最大。这主要包括无线基础设施(受正在扩张中的3G业务推动)、无线宽带(WiMAX)以及有线宽带(类似VOD、VoIP的有线业务)等细分市场。排在第二位的则是量测应用,测试、测量(示波器、频谱分析仪、波形发生器)以及医疗图像采集(超声波、PET、CT)都属于这一范畴。

过去的一年也是ADI高精度转换器的业务增长最快的年头之一。传统医疗行业比如CT、MRI、数字X射线和病患看护等应用以及通讯业务是两大推手。Kattmann预计,2007年量测、工业以及分析仪器将依照其5~8%的典型年均复合增长率继续保持增长态势。

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Alison Smith:今年在迈向18位分辨率的道路上不会有任何进展。

和ADI一样,国家半导体公司的管理者们同样是笑着走向银行的。WSTS在2006年7月份发表的市场调查报告显示,数据转换器芯片的全球销售额年均增长6%,而国半的数据转换产品年均增长却达到21.8%。不过,在Gartner Dataquest公司2005年全球数据转换器供应商份额排名中位列第五的凌力尔特(LTC)公司则对该市场在2006年的整体表现没有前面两家竞争者那么乐观。该公司混合信号产品部产品市场经理Alison Smith指出,与2005年增长2%相比,2006年不会有太大变化,市场成长率仍然相对缓慢。不过,她认为2007年情况会有所改观。“新的基站生产定将于2007年开始。许多已建生产设施将在2007年末到2008年这段时间里开始大幅度地提高产量。”LTC的数据转换器业务主要集中在工业、汽车、医疗和仪表。

产品策略

在高手云集的数据转换器市场,如何使自己与其他对手不同?官世明表示,TI应该算是这个市场上比较特别的一家供应商。“TI的数据转换器,从高端到低端,产品覆盖较全面。”他解释说,在消费类电子以及通信/手机应用中,TI一直在数据转换器产品上占有比较主导的地位,而在2000年收购Burr Brown以后,该公司将其业务范围进一步扩张到高端工业和医疗应用领域。此外,作为全球最大的模拟产品供应商,TI还拥有研发上的优势。比如其独有的BICOM3工艺,能为转换器带来低噪声、高速度等方面的性能优势。

凌力尔特的做法是,在不降低性能的前提下,通过提高集成度和降低产品功率来保持其在数据转换器市场的竞争力。“除了采用容许的最小IC封装并把电容器和电阻器集成在芯片之上(以减少总BOM)以实现极小的总体解决方案外形尺寸之外,我们还提供了一些功率极低的数据转换器。而且,我们并未因此而牺牲AC和DC性能。”Alison Smith说。

“我们拥有——未来也将拥有——最宽泛的产品线。”谈到在数据转换器上的产品策略,ADI的Kattmann表示,“客户仅从ADI一家就可以获得满足其所有需求的最佳的数据转换器解决方案。此外,意识到他们面临时间和成本上的巨大压力,我们还在精度速度等指标之外,在产品易用性和技术支持上也做了许多工作。”

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程伟健:多条通道的存在使得功率成为医疗应用中最重要的因素。

国半亚太区数据转换系统产品市场经理程伟健称,该公司拥有生产流水线转换器的先进生产设施及强大的生产能力,而且在线路设计方面还累积了多年经验,能够提供全方位的解决方案,从而解决复杂的信号路径的设计问题。“我们拥有一系列型号齐备的高效转换器,确保可以灵活分割系统的功能块,而且同一系列的不同型号产品都可引脚兼容,确保客户可以轻易将产品升级。”程伟健说,“国半的数据转换器可支持高带宽、高中频的采样,可以按照不同的时钟速率/性能要求灵活调节操作功率,节约能源,并有CMOS及LVDS等多种不同的输出格式可供选择,确保可与ASIC及FPGA轻易连接一起。”

三大指标

速度、精度和功耗三大指标是选择数据转换器的重要参考依据。官世明认为,通信领域的应用、尤其是软件无线电的需求推动了该产品在速度以及精度(位数)上的进步。而手持式设备尤其是个人音/视频播放器/手机等的应用以及新的工艺以及设计技巧的进步又推动了超低功耗数据转换器的发展。

“速度是一个很重要的带宽问题,通讯应用的确在其中扮演了重要角色。”Kattmann说,基站中的功率放大器线性化电路环,以及需要在1GHz有线电视频谱中综合或任意放置信号的VOD系统都属于此类范畴。“更快的通讯速度使得用户能够使用更多的带宽,并意味着更多的处理增益潜力以及在滤波要求上更多的灵活性。”他表示。他还指出,数据转换器在精度上的进展更多来自量测领域的压力。“许多情况下它被设计来测试这些系统,因此它必须优于测试系统。”

Kattmann认为,那些需要在单系统中需要使用许多数据转换器的应用迫使业界在降低功率上不断做出努力。比如超声波应用。“这些系统的典型通道数(转换器)是128甚至256个,因此降低功耗非常关键。”

围绕上述三个指标所进行的不懈努力正在持续取得成就。2007年,Smith认为现有的16位高速ADC将能够实现更高的采样速率。而为了尽可能的降低功耗,会采用更多新的工艺,同时1.8V模拟电源也将被逐步采用。此外,更高的动态范围也将在16位分辨率下实现。不过,她认为今后的12个月里业界在迈向18位分辨率的道路上不会有任何进展。

ADI的Kattmann表示:“由于上述三大指标之间并不互相排斥,因此要取得怎样的进展在于你如何平衡三者的关系以及在三方面取得怎样的提高。”不过,他仍然给出了该技术在这个年度的预测:“2007年人们会看到12~16位、200~500MSPS以及功率小于2W的高速AD转换器。而在DA转换器上,目前已有数款1GSPS的产品,07年则会被进一步拉升到2GSPS。”至于在功耗方面的进展,他认为将主要由便携式(电池)应用中的嵌入式转换器来推动。

Kattmann认为,对于逐次逼近寄存器(SAR)转换器来说,主要还是受精度和采样率的要求所推动。当然,这种进步还不能以牺牲准确度为代价。以该公司的AD7690为例,这款号称全球线性度最高的AD转换器全量程整数非线性度(INL)误差仅有6ppm。“精密AD转换器线性化量程使得客户能够在功率和速度之间做出权衡,以帮助他们实现最低功耗。”Kattmann说。据称,ADI的2.3V单电源AD转换器在100SPS的采样率功耗仅有1.4uW。

其他因素

不过,仅凭速度、精度和功耗来诠释“高性能”模拟的概念几乎是不可能的。在选择一款合适的数据转换器时,需要考虑的可能还包括ENOB、SNR、SFDR、封装尺寸、甚至价格等其他因素。TI的官世明认为,数据转换器产品正在受到最终应用的影响而被不断细分,因此每个应用的要求都有其独特的一面,很难一概而论。“比如在衡器领域,无噪声分辨率(noise-free resolution)就比较重要。”而凌力尔特的Smith也指出,在面向军事领域的通讯应用当中,基于JTRS的软件定义无线电(SDR)就需要数据转换器具有极高的无寄生动态范围(SFDR)性能,以便扩大无线基站的动态接收范围能,使其在有用的频带内能够捕获到微弱信号。

以通讯市场为例,在适当的时间以合适的价格推出合适的器件也许比其他因素更为重要。“这个市场的竞争是非常残酷的。”Smith表示,由于每家供应商都渴望从中分得一杯羹,因此即使市场规模庞大,但面临的成本压力同样不小。她指出,客户对于产品的速度和分辨率有着各不相同的要求,而大多数供应商都拥有一款可满足相应要求的器件。“在这里,功耗一般都不是一个太重要的因素。”Smith强调,供应商所提供的设计支持、交货时间以及良好的商业关系同样重要,而且在客户的元器件选型决策过程中具有举足轻重的作用。“单单证明自己的产品拥有最佳的性能并不能保证你在竞争中总是赢得一席之地。”

从大多数应用出发,ADI的Kattmann将外形尺寸、易用性以及原厂支持的重要性排在了三大指标之后。“在许多应用中外形所受到的关注度正在日益提高。”Kattmann说,“它的封装究竟有多大?同一个封装中到底有多少个转换器通道?为了能够运行我还需要多少个其他的分立器件搭配使用?这些都是客户考虑的因素。而在易用性方面,转换器需要多少个外部电路?它需要外部参考或时钟控制吗?鲁棒性如何?是否能够很容易的实现标称性能?另外,设计所需的模型和工具以及原厂在应用方面所给的技术支持都相当重要。”

为不同应用选择数据转换器

如何为通讯应用选择数据转换器?官世明指出,为此类应用选择ADC时,需要考虑采样速度、模拟带宽,无杂散动态范围(SFDR)甚至接口等。至于DAC,则应该将SFDR、ACPR、IMD3等等考虑进去。因为上述参数关系到系统的灵敏度、效率、成本、能否符合相关的通信标准等等。

Kattmann则表示,通信是一个非常宽泛的应用。仅仅在蜂窝基站中所包含的应用也五花八门。“这是因为其采用了各种不同的架构。”他指出,常见的信号接收方法是采用高中频(IF)采样。这种情况下的高中频输入的动态性能就需要使用AD转换器。在一个直接变频架构中,转换器可能会根据基带性能以及封装(4个转换器)来进行选择。

国半的程伟健认为,采用高中频采样可以灵活规划频率的使用和取消一个递降转换级,因此能够减少功耗,并带来系统可靠性上的改善。“在通讯应用中采用数据转换器能够实现极高的全功率带宽,即使操作频率高达200MHz,仍可作出平直响应。”他说,“这对于必须进行高中频采样的应用来说极具吸引力。”

视频和音频应用推动了市场对数据转换器的需求。不过,大部分的应用都采用了嵌入式的数据转换器,而非分立器件。“尺寸、功耗、成本的要求是其同其他应用最大的不同。” Kattman说。

“视频中的数据转换器绝大多数已被集成到主芯片内。”官世明表示,“不过因为所需要的性能较高(有100dB以上的SNR),因此音频部分集成相对较少。”他指出,为音频应用选择数据转换器时主要依据是THD、SNR以及是否具备某些音频特效等。“有些产品还必须具备低功率输出的驱动能力,能直接驱动小功率的扬声器或耳机。”当然,在PMP/MP4等手持式设备的应用上,功耗的要求也比较重要。而凌力尔特的Smith也表示,音频应用需要高动态范围和较低的速度。此外,她指出,视频应用需要高采样速率(250Msps),由于拥有三个通道,它们常常更喜欢RGB专用ADC(3个ADC通道,并集成了PLL)。目前尚无要求250Msps采样速率的应用,因此采用单通道器件已经足够。

来看军事应用。程伟健认为,雷达/激光跟踪及定位系统(LIDAR)需要的是8~10位、1GSPS以上的数据转换器,其中转换速度最为关键。而官世明则表示,在军用领域,对于包括了抗电磁干扰能力、较宽的工作温度范围等在内的可靠性指标要求较高。这得到了Kattmann的赞同:“尽管雷达对功耗不是非常敏感,但是它对速度以及封装密度(雷达中有大量的元器件)提出了较高要求。”此外,他和Smith都还认为,高动态范围对于军事应用至关重要。

医疗方面,Kattmann指出,功耗和封装尺寸是超声波中应用中需要首先考量的因素。官世明同意上述观点,他认为,由于医生出诊时或是救护车上需要越来越多的医用电子设备,同时随着便携式的个人医疗产品的普及,医疗电子对器件的功耗以及体积提出了更严格的要求。另外,过去独立的多种功能被集成在单一芯片上的现象也日益普遍。“比如在超声波成像中VGA+ADC的集成、在CT中I-V转换+ADC等的功能集成在同一芯片上等。”

Smith称,医疗电子希望采用具有串行接口且功率尽可能低的四通道或八通道ADC。程伟健也指出,“此类应用中多条通道的存在使得功率大小成为最重要的因素。”他进一步表示,超声波医疗需要10E-14位、40~65MSPS, 每通道功耗不超过50mW的数据转换器。

作者:王彦

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