嵌入式ADC/DAC成未来发展主流
来源： 作者： 责任编辑：admin 发表时间:2011-01-14 16:11
核心提示：数字电路应用的增长扩大了用于控制和接口的模拟技术的需求，对系统级芯片解决方案的追求使得多数系统级芯片把ADC/DAC作为系统的基本组成嵌入了芯片。
数字电路应用的增长扩大了用于控制和接口的模拟技术的需求，对系统级芯片解决方案的追求使得多数系统级芯片把ADC/DAC作为系统的基本组成嵌入了芯片。
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SOC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，1它还有自身的发展空间。
随着系统级芯片(SOC或SLI)已经成为半导体供应界的发展主流，今后大多数SLI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SOC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，高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%。Harris Semiconductor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，对数字电路的需求反过来驱动了控制和用于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――Paul PrazakBurr-Brown高速产品部副总裁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数据转换器。”
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SOC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拟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入多路8/10位ADC。
SPT策略营销经理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核与其它模拟核和数字功能集成在一起，这对实现更多功能和实现系统级芯片非常重要。”
Burr-Brown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 IC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 市场部副总裁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FAX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AFE1224；单片5线触摸屏控制器ADS7845。公司总裁兼CEO SyrusP.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执行副总裁Brian 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AD20msp425GSM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8051/8052微控制器内核集成在一起。ADI声称，ADuC812是业界第一块支持IEEE1451.2通用传感器接口标准的芯片，IEEE1451.2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12bit分辨率，它还帮助设计师把数据采集板的集成度提高一个等级。”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。因为目前分立式
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（如专业级录音棚设备），必须采用分立式ADC/DAC。――Lee WalterSPT 策略营销经理
“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。”崔开平指出。
高性能数据转换器(取样时钟>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)策略营销经理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。”Brian McAloon说。12位105 MSPS 的ADC AD9432每MSPS功耗8mW。AD8016 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30-50%。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 96kHz立体声ADC的信噪比已达到120dB。而嵌入式ADC目前还难以做到这一点。ADI 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应用场合。ADI的8位100MSPS 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公司的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，首先必须在两个方面取得长足进步：一是解决妨碍高性能ADC/DAC嵌入到SOC芯片上的噪声隔离问题；二是解决嵌入式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Virtex FPGA实现Sigma-Delta ADC/DAC的解决方案，为未来高性能――Brian McAloonDI高级副总裁DC/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ScENCOLix则首先在其性能达50/100MIPS的MCU中引入了虚拟ADC/DAC外设概念，即用软件编程实现8位普通或Sigma-Delta ADC/DAC。目前这种ADC/DAC的一个弱点是精度较差，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策略营销经理Lee Walter说。SPT有高性能8位和10位DAC，其取样率达到200MSPS，是一种宽带和功耗优化的产品。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COMS工艺采生产的SPT7935是一种+3V供电、12位、20MSPS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策略营销经理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IC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公司高速产品部副总裁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。Paul 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晶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。
Paul 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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