模拟器件技术趋势

上网时间: 2015年02月11日? 我来评论 【字号: ? ?小】

关键字:嵌入式ADC/DAC成为未来发展主流?

ADC/DAC正在向嵌入式和分立式两大方向和高速化发展。用户对更低成本和小型化系统设备的永恒追求使系统级芯片、SOC成为当前市场发展的主流,大多数系统级芯片都已把连接模拟和数字信号的嵌入式ADC/DAC作为其基本组成部分。

但是,目前分立式ADC/DAC仍保持着一些嵌入式ADC/DAC所无法取代的优点,如较高的精度和信噪比等关键性能指标。因此,在一些对信噪比、失真 度、动态范围和测试精度要求特别高的特殊应用场合必须采用分立式ADC/ DAC,它还有自身的发展空间。

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随着系统级芯片已经成为半导体供 应界的发展主流,今后大多数系统级芯片都将嵌入ADC/DAC数据转换器。与分立式ADC相比较,嵌入式ADC有助 于降低系统硬件成本、简化系统硬件设计、节省宝贵的印刷电路板面积。

Cirrus Logic公司中国/香港区总经 理崔开平先生指出:“如果从整个市场的 高度来看,尽管S0C市场在增长,但实际上需要独立式ADC/DAC的总的市场规模并没有掉下来,而是继续保持平稳发展。”

据Dataquest预测,今后几年,咼档 模拟集成电路将以每年25%以上的速度 增长。这种增长方向是集成度更高(导致 器件尺寸更小、信道密度更高)、性能(速 度和精度)更好、功耗更低(低压和单电源 供电)和价格更低。到2002年,ADC/DAC 将会以9%的比率增长,其中高速ADC/ DAC的增长率为15%。

Intersil的信号处理产品部产品营销 经理Davin Yuknis说:“从营销的观点来 看,数字化设备,如Internet电缆电话, 高清晰度电视和机顶盒的需求会增长, 无线局域网市场也将启动。所以ADC/ DAC需求将有显著提高。” ADI高级副总 裁Brian McAloon认为:“尽管信号处理似乎越来越数字化,然而模拟和混合信号集成电路将继续用于电信、个人计算、 功率管理和消费电子产品。事实上,对数 |宇电路的需求反过来驱动了控制和用于 I接口的模拟技术的需求。”

Signal Processing Technologies (SPT) 策略营销经理Lee Walter说:“ADC和 DAC将继续向多通道和更高水平发展。 实现更高集成度的第一步是开发双倍和 三倍高性能的CMOS数据转换

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嵌入式ADC/DAC成未来发展主流

用户对更低成本和小型化系统设备的永 恒追求使系统级芯片成为当前市场发展 主流,大多数系统级芯片都已把连接模 R和数字信号的嵌入式ADC/DAC作为 |其基本组成部分,尤其是面向各种工业 控制过程和仪器应用的微控制器。目前 主要的微控制器供应商都在其产品中嵌 人多路8/10位ADC。

SPT 的 Lee Walter说:“亚微米DAC 的发展还实现了在单晶片上集成多个 DAC。现在越来越多的DAC核与其它更多功能和实现系统级芯片非常重要。”

主要见长于模拟器件设计能力,其七十年代和八十年代的市场策略一直是立足于精密混合电路元件和批量大的高性能ADC 1C产品,九十年代后期则把重点转向新兴市场所需的模拟前端产品。Burr-Brown市场部副总Michael Pawlik前不久在谈到公司未来发展策略时说,“我们今后将加强与系统设计公司的合作,为他们提供模拟和混合信号端技术,帮助他们尽快推出低成本系统解决方案。”

近期Burr-Brown为新兴的消费、通信和多媒体计算市场开发的模拟和混合信号产品包括:适合于彩色扫描仪和传真机市场的单片CCD/CIS系统图象信号处理器VSP3010;适合于HDSL通信 市场的2.3Mbps串行接口模拟前端 AFE 1 2 2 4;单片5线触摸屏控制器 ADS7845。公司总裁兼 CEO Syrus P. Madavi指出,“我们将继续把重点集中在需要专用标准产品的新兴市场,如无线通信和有线宽带通信应用市场。”

“解决复杂的混合信号集成难题将 是我们今后的努力方向,” ADI的Biran McAloon说。近年ADI比较成功地嵌入 有ADC/DAC的专用混合信号产品: ADMC401电机控制器、ADuC812即插 即用数据采集子系统、AD20msp910/918 ADSL 芯片组、.以及 AD20msp425 GSM 芯片组。

在新产品前线,ADI非常看好它称之为微型转换器的高分辨率数据采集子系统ADuC812,它将两个12位DAC转换器、一个12位ADC、闪速存储器与 805 1 /8052微控制器内核集成在一起。 ADI声称,ADuC812是业界第一块支持 IEEE 1451.2通用传感器接口标准的芯 片,IEEE 1451.2定义了把智能传感器变 成网络独立设备所需的几个要求。 McAloon说:“ADuC812不仅达到了1264分辨率,它还帮助设计师把数据采集板 的集成度_高一个等级。” ADI计划为那些需要更高精度、更低成本和附加网络接口的应用再开发几款微型转换器。16 位产品可望在今年底推出。

ADI几年前打入GSM市场的GSM 芯片组由DSP和编/解码器组成,其中编/解码器包含所有处理基带功能所需的模拟元件,如放大器、滤波器、ADC 和DAC。由于噪声隔离问题,很难将这两部分集成在一起。“最近ADI获得巨大成功的一个领域是单片Modem,这里也有类似问题,” McAloon说。

分立式ADC/DAC仍有其发展空间

尽管SOC大潮对分立式ADC/DAC的市场前景带来了一定的冲击,但即便是ADI和Cirrus Logic,仍把许多精力放在开发分立式ADC/DAC上。111为目前分立式ADC/DAC仍保持着一些嵌入式

非穿孔IGBT可靠性更高

可变速驱动器越来越广泛用于工业、汽车和大 量的消费电子设备。可变速驱动器可精确调整 相应驱动过程中的能量要求,从而改善总体性 能和能耗。采用优化的元器件能实现可靠的可 变速驱动,同时费用低廉,几乎不需要维护费 用。AC躯动器正变得比DC驱动器更重要,因 为采用AC驱动器的设备制造成本比较低,效率 较高,并取消了嘈杂的电刷等。

驱动器的主要半导体元件包括用于电压源 转换的IGBT开关和带外围电路的微处理器。 Infineon工业电子系统土程部主任Leo Loren^ 士说:?在设计600V~1,200V甚至更高电压的 IGBT时,非穿孔技术比穿孔技术更为优越。” 大部分的消费驱动器都要求动态损耗小、可靠 性高(特别是短路性能、温度稳定性和动态参数 偏离小)。提高开关频率可减少谐波损耗,这对 电感马达驱动器特别重要。

消费电子驱动器受价格的限制很大,这类 驱动器要求优化系统方案,减少多余的元器件,从而减少制造和裝配费用。电子产品的全球趋势是在“系统级芯片”的背景下的超集成 和高性能。模拟线路和数字信号处理越来越多 地共享数据,以便提高判断速度和缩短通信路径,从而抑制伪信号和有害的误触发传统概 念的元器件将被集成系统逐步抛弃,集成系统可提供设计灵活性和优化系统功能。

ADC/DAC所无法取代的优点,如较高的精度和信噪比等关键性能指标。因此在一些对信噪比、失真度、动态范围和测试精度要求特别高的特殊应用场合(如专业级录音棚设备),必须舉用分立式ADC/DAC。“嵌入式ADC/DAC的精度仍存在一些局限性,它不可能提供满足高档市场需求的更高质量。而且对专业音响市场来说,由于标准变化频繁,很难将ADC/DAC集成到芯片组中。因此,分立式ADC/DAC仍有其发展空间。唯一可能令分立式ADC/DAC在市场上消失的原因是市场上不再有新的标准或新的技术出现,而我们相信这在现实世界中是不可能发生的。” CirrusLogic公司的崔开平指出。

高性能数据转换器C其取样时钟大于10MSPS)行业在工艺技术和数据转换 结构上有了重大进步,并引发各种类型 的高性能数据转换器的快速增长。Signal Processing Technologies (SPT)的 Lee Walter说:“高性能数据转换器的发展有 这三个主要方面:性能提高、价格/性能/功耗三者优化、集成度提高。”

“电信电路需要高性能的模拟器件 来测量和控制发射机的功率、合成时钟信号、对接收到的无线电信号进行数字化和驱动xDSL线路。这类设备要求高速和低功耗。” ADI的McAloon说。12位105 MSPS 的 ADC AD9432 每MS_PS功耗 8mWoAD8016 ADSL线路驱动器的转换率为1000V/μs,输出电流400mA,比第一代产品省电32%。用于第二代和第三代双频和三频GSM手机的AD6723/4芯片组采用直接转换无线电结构,其价格和尺寸大小均减小30%至50%。

在对信噪比和失真度有一定要求的音频转换器领域,Cirrus Logic消费音响产品市场部副总裁Terry

Ritchie指出:Cirrus Logic的9 6 k H z立体声A D C的信噪比已达到 120dBo而嵌入式ADC目前还难以做到|这一点。

ADI的ADC/DAC的特点是转换速 度快和可靠性好,主要适用于对信噪比 和失真度要求不是特别高的工业和军事 用场合。A D I 的 8 位 1 0 0 M S P S| AD9283,它可工作在3V应用场合。

Linear可能是所有模拟元器件供应 商中唯一坚持走分立模拟器件发展道路的公司。Linear公司ADC/DAC产品精度较高,产品开发策略也与众不同,一 般采用‘由点到面’的开发模式,即先针 对某个特殊应用开发符合其特殊要求的ADC/DAC产品,然后再改进,面向更广泛的应用。

嵌入式ADC/DAC:今后如想、完全取代分立式ADC/DAC市场,首先必须在两个面取得长足进步:-是解决妨碍高性能ADC/DAC:嵌入到SOC t:上的噪声隔离问题:足解决嵌入式ADC/DAC的可编程性,以适应标准不断变化的应用世界,:最近Xilinx已推出了采用VirtexFPGA实现 Sigma-Delta ADC/DAC 的解决方案,为未来高性能ADC/DAC的实现迈出了可喜的一步。

此外,一家新崛起的8位MCU供应 商Scenix则首先在其性能达50/100MIPS 的MCU中引入了虚拟ADC/DAC外设 概念,即用软件编程可以实现8位普通或 Sigma-Delta ADC/DAG。

目前这种ADC/DAC的一个弱点是精度还较差,Linear工程部副总裁Robert Dobkin对此的看法是:“我不认为它是一个很高精度的ADC,你可用脉宽调制方法实现一个8位或10位DAC,但精度一般很糟。”

尽管双极技术很少用于新设计,但 它提供很好的开关速度和线性性能,在一些非常高档的设计中仍然有用。SPT 在新的 STP5510 16 位 200MHz DAC 中,消费电子模拟器件向低功耗、小体积和低价格发展模拟器件的技术和产品发展趋势在某些方面 与数字器件的一样=在电信、个人计算、消费电子和电力计量等方面,新产品的更新换代日益加快。产品周期的缩短要求1C制造商缩短新产品的上市时间。“功耗更低、体积更小、价格更低将織续成为模拟器件市场的 发展的主荽趋势。” ADI的McAloon说。模拟器件与数字器件有很大的区别。生产高性能的元器件取决于结构的改善和更高的集成度,而非更精细的半导体加工工艺。加工工艺的发展集中在改善晶体管的性能,而非缩小其尺寸。

模拟电路的发展趋势是供电电压越来越 低。然而宽动态范围、高信噪比和失真小的 要求限制了模拟电路电压的降低和功耗的下降。结构的进步和工艺的改善将继续降低模拟电路的工作电压和功耗。McAloon指出:

“基于系统的解决方案是目前模拟器件越来 越明显的趋势。”

模拟电路与数字电路不同,其关键所在不是实现超精密的线路,而是工艺参数的严格控制,在单芯片上集成精密的双极晶体管、薄膜电阻、CMOS逻辑器件和闪存,从而实现许多功能。除了提高性能外,还可通过这些结构改进和工艺进步减小元器件和整机尺寸、提高信道密度.降低成本?采用了双极技术。该DAC在同类16位产品中进入稳定的时间最短。

“对于很高性能的新产品,一般趋势 是采用BiCMOS。它是高速、高线性的组合,在功耗和外形上为数字设备优化。” SPT的Lee Walter说。SPT有高性 能8位和10位D A C,其取样率达到 200MSPS,是一种宽带和功耗优化的产 品。到2000年中,将推出采用BiCMOS 技术的高性能8位DAC。

大部分的产品都要求价格、性能和功耗的优化。过去四年是采用CMOS技术实现的,并达到60MSPS。现在到了结构决定性能和功耗的阶段。SPT策略营销经理Lee Walter说:“最近的趋势已经 到了采用建立在CMOS工艺基础上的管 道结构,所生产的产品体积更小,设计费 用更低。”

去年,SPT推出了采用管道结构的 12 位 20MSPS 的 ADC SPT7935。管道结 构与低价格的C O M S工艺采生产的 SPT7935是一种+ 3V供电、1 2位、 2 0 M S P S数据转换器,耗散功率仅 79mW。今后STP还将推出10、12和14 位ADC产品。

“SPT7935还代表了 DAC低压工作 的一种重要趋势,低压工作将进一步降低功耗。现在DAC产品明确的发展方向是+3V工作电压,采用亚微米CMOS工 艺(即0.5微米,0.35微米和0.25微米)。 新的 SPT7851 为 10位20MSPS ADC,工 作电压 +3V。” SPT 的 Lee Walter 说。

面向应用发展模拟器件

“在2000年,有线和无线电信行业都将继 续推动模拟/混合信号1C的发展。例如在 2000 年,包括 ADSL 和 ADSL G.Lite 的高速数据传输设备的推广应用将有显著的增长。人们渴望以更高的速率访问 Internet。现在已有满足现有DSL标准的 芯片组(目前有4?100倍速的Modem)。我们会看到:在电信服务遍及全球时,高速 Modem的产量会快速增长,而价格却相应降低。” Burr-Brown公司局速产品部副总裁 Paul Prazak 说。

电缆modem和无线技术将用于提高 Internet访问速度。目前全世界电话已超过7亿门,而且每年的增长率在5~7%, 所以,在入户的最后一公里接入竞争中, DSL会占优势。Prazak说:“将来用于3G基站的ADC的速度会更快且更精密,手机性能将会继续发生根本性的改进。”这些改良后的ADC在应用范围和灵敏度上会有更好的表现。

模拟/混合技术的突破取决于芯片加工技术的不断进步。业界不仅在追求更快的速度,同时还希望在单芯片上集成更多的混合信号功能。

为此,2000年将会出现提高模拟/混 合信号技术的新型高性能处理技术。例如,Burr-Brown最近推出一种专利的互补双极型CMOS(CBC)处理技术,特别适应于高速通信应用。CBC具有10GHz的晶体管,是一种灵活、高性能混合信号处 理产品,它用模块的方式满足特殊应用 对高性能的要求,同时还改善设计的灵 活性。

面向具体应用发展模拟器件正成为 模拟器件供应商的新发展策略。Burr- Brown的DSL用全模拟前端,摄像机和数字相机的全模拟前端。VCA2612是一种医用超声波全模拟前端。该产品高度集成,包括一个直接与超声波变换器连接的低噪声输入放大器和一个压控放大器(VCA)。与 12位ADC 配合,VCA2612可实现低价、高性能医用超声波的所有功能。

Prazak说:“2000年,制造商将继续努力在同一芯片上进一步集成更高级别的数字和模拟功能。但还是没办法在具有密集数字功能的芯片(如DSP)上把所有的模拟功能(如线性驱动放大器)集成在一起。”

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