ADC堪稱數字世界與現實世界對話的 “翻譯官”。因其設計復雜、專利壁壘高筑,國內 ADC 產業長期處于追趕狀態。不過近年來,國產ADC發展迅猛,在中低端市場已站穩腳跟,高端領域也在不斷突破。
目前,國產中低端ADC(8~16位分辨率、采樣率≤1MSPS)市場已經成熟,高端領域在逐步突破,14~24位高精度ADC已有,高速ADC(≥1GSPS)仍依賴進口,正在攻關。
在這種情況下,工程師怎么看待國產ADC芯片,目前整個行業的發展現狀又如何?本文將詳細解析。
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ADC芯片,速度和精度不可兼得
ADC全稱是Analog-to-Digital Converter模數轉換器,一般我們把模擬信號(Analog signal) 用A來進行簡寫,數字信號(digital signal) 用D來表示。
在自然界中,模擬信號極為常見,諸如壓力、溫度測量等都是模擬信號。為便于儲存、處理與傳輸,需通過模數轉換器(ADC)將模擬信號轉化為數字形式,由計算機進行處理。將模擬信號轉化為數字形式包含采樣和量化兩個步驟。
采樣是在時間域上對模擬波形進行切分,每個切片近似等于原波形的值,該過程會損失部分信息,但數字系統具備去噪、數字儲存和處理等優勢,遠遠超過信息丟失帶來的不足。采樣完成后,為每個時間片分配數字,這一過程就是量化,量化生成的數字可供計算機處理。
ADC分為五種架構,有些速度快,有些則精度高:并行比較型(Flash),逐次逼近型(Successive Approximation Register),積分型(Integrating),增量型(Delta-Sigma/Δ-Σ),流水線型(Pipeline)等。
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圖源丨MPS
對于ADC來說,高速和高精度不可兼得,因為二者為反比關系。所以說,如何平衡速度和精度,是做好ADC的重中之重。
ADC芯片,市場現狀
數據顯示,全球數據轉換芯片(含 ADC、DAC 芯片)規模約 280 億元,其中 ADC 芯片占 80%,約 224 億元。中國市場約占 35%~40%,規模近80億元。從應用領域看,通信約35%,汽車占22%,工業占20%,消費占10%。ADC 芯片市場分散、應用廣泛,方案能力至關重要。目前,國產ADC主要集中在中低端領域。
國內ADC芯片企業主要分為三派:
科研院所:航天 772 所(時代民芯)、中電24所、中電55所、中科院微電子所、吉芯科技(中國電科聲光電公司 / 重慶24所)、中科芯集成電路股份有限公司(中電58 所)等;
上市公司:思瑞浦、納芯微、上海貝嶺、芯海科技、圣邦股份、晶華微、智明達(銘科思微)、振芯科技、振華集團(云芯微)等;
高校和海歸創業公司:昆騰微、靈矽微、韜潤半導體、治精微、類比半導體、核芯互聯、領慧立芯、微龕、山海半導體、芯熾科技、云芯微、迅芯微電子、士模微(思瑞浦投資)、智毅聚芯、原子半導體、徵格、奇歷士、恒芯微、晟朗、共模半導體、英彼森半導體、無錫晟朗、杭州瑞盟、蘇州潤石等。
工程師,在用什么國產ADC
EEWorld網友hjl2832表示,其在工作中主要接觸24位ADC,主要使用國際的高端產品。目前他也嘗試使用了一些國產產品,根據他的測試,使用國產ADC,同樣電路參數國產芯片采樣后的波動大于進口的,調整了輸入濾波電路的參數,同時加了濾波算法后,結果才能將就保持與進口的一致。
EEWorld網友y7y7y7y7則表示,曾在一個項目中使用過士模微的CM2249這款 ADC 芯片,整體使用體驗相當不錯,確實是一款值得推薦的國產替代ADC芯片。CM2249是士模自主設計且量產的SAR ADC,已經通過了廣五所的AQKK安全可控認證。
EEWorld網友TTDZ在項目中試用過 Everest-semi(順芯)生產的ES7243E 24位ADC,該產品分辨率達到 8到48KHz。從Datasheet中可以看到,該產品為102dB信噪比,支持-85dB THD+N.24bit 8-200kHz采樣率,可應用于麥克風陣列、音響、數字電視、音頻接口、音頻接收器等場合。
一些工程師推薦上海貝嶺的 BL108X系列的高精度SAR ADC產品。該系列產品具有高精度、多通道、高采樣速率、零轉換延遲的特點,涵蓋了1~16通道、16~18位分辨率、100KS/s~1MS/s采樣速率,可提供QFN、QFP、TSSOP等多種封裝形式。產品廣泛應用于工業自動化、智能電網、軌道交通等領域。
另外,還有一些工程師推薦芯佰微電子的CBM16AD125,該產品是雙通道、16 位、125MSPS模數轉換器(ADC),支持需要高性能、低成本、小尺寸的多功能通信應用。這款雙通道的ADC內核采用多級差分流水線架構,每個ADC均集成高帶寬的差分采樣保持電路,支持用戶可選的各種輸入范圍。
一些工程師也表示,最近也關注到了上海海思推出的一款高端ADC產品——AC9610 2Msps 24bit ADC芯片。這是一款采用SAR架構的ADC。在上海海思沉淀多年的先進算法和設計上,AC9610采用SAR ADC架構實現了2Msps采樣率的同時,保持了24bit的超高采樣精度。目前從參數來看,131dB的SFDR非常高,說明ADC的雜散信號非常低,可以提供非常干凈的信號。103.5dBFS @ 2Msps,138dBFS @ 1Ksps的SNR(信噪比),ADC的噪聲性能非常出色。靜態性能指標也好看。不過,具體要看做的是不是集成輸入緩沖和參考的模組,類似4630。
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參考文獻
[1]MPS:
[2]芯片投資進階:
[3]海思技術有限公司:
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