ot;display: block;">最近有許多有關(guān)模擬方面的重大新聞,如美國開始研究需要用無線的方式將電能傳輸?shù)降厍虻目罩刑柲艿拈_發(fā)利用,還有MEMS振蕩器取得了突破性進展等等,這些都激勵我關(guān)注新的一年中模擬產(chǎn)品的發(fā)展趨向。雖然從各個方面?zhèn)鱽淼男畔砜?今年的半導(dǎo)體市場不怎么樂觀,但很多公司和預(yù)測機構(gòu)卻調(diào)高了對模擬半導(dǎo)體的預(yù)期,認為今年的模擬IC將會獲得不俗的發(fā)展。這些趨勢似乎從大型IC廠商的行動中也能尋得一點蛛絲馬跡,如,TI在前不久加大在模擬領(lǐng)域的研發(fā)投入和宣傳攻勢,ADI出售數(shù)字業(yè)務(wù),而將經(jīng)歷集中于其核心的模擬業(yè)務(wù)。
模擬所包括的范疇很廣,包括放大、比較、驅(qū)動、衰減、濾波等的信號調(diào)理產(chǎn)品,實現(xiàn)各種信號轉(zhuǎn)換(包括接口轉(zhuǎn)換)的轉(zhuǎn)換產(chǎn)品,作為各類時基基礎(chǔ)的頻率源相關(guān)的產(chǎn)品,實現(xiàn)模擬世界各種參量采集的傳感器產(chǎn)品,還有一大類就是無處不在的電源及功率管理產(chǎn)品。
那么,為什么各機構(gòu)對今年模擬半導(dǎo)體的發(fā)展有較好的預(yù)期呢？其主要依據(jù)是對今年各種平板電視和顯示器,GPS以及手機電視的市場需求有較好的預(yù)期。但在這些模擬產(chǎn)品領(lǐng)域,又會有什么樣的發(fā)展趨勢呢？
信號調(diào)理產(chǎn)品的速度更快,功耗更低
籠統(tǒng)地講,可以把運算放大器和ADC都歸入到信號調(diào)理的范疇。美國國家半導(dǎo)體公司全球營銷副總裁Jeff Waters認為,今年,工程師或設(shè)計師對低功耗的模擬器件的需求將會更加渴望。“今年市場上將需求消耗電流更低的、速度更快的運算放大器,以及功耗降幅較大的高速ADC。這些器件在相同功率條件下,所能處理的帶寬比現(xiàn)有器件高4倍。應(yīng)該具備處理高清視頻廣播的能力,”他說,“另外,根本不需要功率的電纜均衡器也將是今年的熱點模擬產(chǎn)品。”他還補充說明如此認為的依據(jù)是今年的帶有視頻功能的便攜產(chǎn)品將會有一個不俗的發(fā)展。除此之外,通信領(lǐng)域也會取得不俗的發(fā)展,復(fù)合增長率可以達到18%,主要集中在Wimax和3G/4G手機領(lǐng)域,以及PoE供電方面。另外還有一個支持模擬產(chǎn)品有較好發(fā)展的領(lǐng)域是復(fù)合增長率將連續(xù)5年不低于10%的汽車電子領(lǐng)域。
圖1:采用自適應(yīng)電壓調(diào)節(jié)技術(shù)的PowerWise提高了能量利用效率。
圖2:具有數(shù)字可編程的LP3906的效率高達96%。
電源和相關(guān)管理產(chǎn)品效率更高,靈活度更高
基于無處不在的性質(zhì),電源產(chǎn)品始終在模擬產(chǎn)品中一致占據(jù)重要的地位。也毫無疑問,電源產(chǎn)品將一直向更高效率和更加智能的方向繼續(xù)邁進。Jeff Waters認為,能量的充分利用將不僅是自身的事情,更深遠的意義在于它將對設(shè)計決策帶來的巨大影響,從而激勵出許多創(chuàng)新設(shè)計。“因此,新的一年里,人們將繼續(xù)關(guān)注能量效率和功率密度,更高效率的開關(guān)調(diào)整器將會與其他降低總功耗和體積的各種新技術(shù)一道涌現(xiàn)。”為了加強他的判斷,這里他還給出了幾個具體數(shù)據(jù)。他認為,今年,估計消費電子類對高效率的開關(guān)調(diào)整器的需求的復(fù)合增長率將達到19%,而除了MP3、PMP、數(shù)碼相機和液晶電視外的其他一些便攜式產(chǎn)品的需求增長將更高。“由于消費者需要體積更小,效率更高和集成度更高的產(chǎn)品,故能量效率和集成度是最為重要的,”他說。
但從另一方面,必須看到,如今效率都已經(jīng)接近進一步提高的極限。近幾年,各大電源芯片廠商都在致力于開發(fā)提高能量利用效率的新技術(shù),但僅僅依賴電源芯片自身來進一步提高效率的潛力有限,要在效率方面尋求新的突破,則必須改變傳統(tǒng)的思路,采用全新的方法,從整個系統(tǒng)層面上來全面考慮整個系統(tǒng)的功率預(yù)算和效率提升,為電源管理芯片增加更多地智能,從系統(tǒng)的各個方面來落實系統(tǒng)的能量利用效率。基于這種局限,估計在新的一年中新的管理技術(shù)會不斷涌現(xiàn)。
圖3:Linear公司的開關(guān)型PowerPath的電路示意圖。
實際上,各大模擬生產(chǎn)廠商目前已經(jīng)在開始落實提升效率的思路改變。比如,NS最新推出了PowerWise系列產(chǎn)品。包括具備智能化的電源管理芯片,不同帶寬的低功耗放大器,低功耗高速ADC,以及相關(guān)的各種接口芯片。其核心思想就是通過整體的配套優(yōu)化,使能量利用效率進一步提升。PowerWise采用自適應(yīng)電壓調(diào)節(jié)(AVS)和閾值電壓調(diào)節(jié)等技術(shù),將數(shù)字邏輯集成電路的工作和泄漏功耗自動降至最低,同時保持最小的系統(tǒng)開銷。“我們的PowerWise家族中的高效率器件種類目前已經(jīng)超過了400款,包括智能的自適應(yīng)能量管理器件,這些器件具有業(yè)界出色的性能功率比,”Jeff Waters介紹道,“另外,NS是LVDS的發(fā)明者并且在低功率解決方案方面占據(jù)著領(lǐng)先地位。采用PowerWise家族中的低功率放大器和ADC,以及毫瓦級的千兆級數(shù)據(jù)率的接口,這些器件的相互配合能夠組成功耗最低的電子系統(tǒng)。”據(jù)了解,有機構(gòu)在使用和沒有使用PowerWise自適應(yīng)電壓調(diào)節(jié)技術(shù)的情況下,對采用Linux操作系統(tǒng)和常規(guī)MPEG4解碼軟件的ARM926系統(tǒng)芯片進行評測。在上述兩種情況下,采用ARM Intelligent Energy Manager解決方案將處理器內(nèi)核頻率在60MHz至240MHz范圍內(nèi)調(diào)節(jié)。系統(tǒng)芯片采用TSMC 130nm常規(guī)CMOS工藝,并利用標準單元設(shè)計流程和Synopsys設(shè)計工具進行設(shè)計。與采用相同硬件和軟件的系統(tǒng)相比,PowerWise技術(shù)可將處理器能耗降低70%。
表1:Linear公司USB電池充電拓撲結(jié)構(gòu)的比較。
實際上,凌力爾特公司最新推出的PowerPath充電系列產(chǎn)品強調(diào)的也是這一點。該公司功率管理產(chǎn)品副總裁兼總經(jīng)理Donald E. Paulus認為:通常,設(shè)計師在設(shè)計過程中,是以彼此獨立的方式來考慮各個放大器和其他元器件,可是到了系統(tǒng)集成起來后,就會面臨許多系統(tǒng)級問題。如熱插拔、系統(tǒng)過熱、負載上的浪涌電流過大以及過大的沖擊電壓等。解決的理想辦法是統(tǒng)籌考慮。“開關(guān)型PowerPath通道管理是電源通道管理技術(shù)的最新突破”,Donald介紹說,“目前PowerPath的應(yīng)用增長很快,因為它能夠滿足如今的手持設(shè)備中功能集的不斷擴展。目前,線性電池充電器也正在讓位于具有線性和開關(guān)功率控制的充電器,這就像線性調(diào)節(jié)器讓位于開關(guān)電源一樣。”另外,他還補充道:“該技術(shù)的核心優(yōu)勢是在改進功率提供效率的同時,保持了線性電源通道的優(yōu)點。由于它沒有線性電池充電器的功率損失,這對于采用低電壓電池或者輸入功率受限(如USB)的應(yīng)用來說非常關(guān)鍵。”
LED驅(qū)動和MEMS技術(shù)亦有更好的表現(xiàn)
雖然MEMS并非新話題,但該技術(shù)真正取得突破性進展是在最近兩年,因而不少人士看好新的一年中該技術(shù)的表現(xiàn)。目前MEMS振蕩器已經(jīng)取得了突破性進展,已經(jīng)成為同等價格中體積最小的振蕩器,可以徹底取代石英器件,而且具有極佳的可靠性,非常穩(wěn)定,且抗沖擊和振蕩的性能也是最好的,同時能夠?qū)崿F(xiàn)更高的品質(zhì)因數(shù)。更為重要的是,MEMS在工藝上目前也取得了突破,使其能夠集成到CMOS工藝中,這將是模擬設(shè)計中劃時代的突破,因為再也不需要外部復(fù)雜的振蕩器的設(shè)計。另外,還注意到,該技術(shù)從軍用向民用轉(zhuǎn)移的速度有所加快,特別是向手機這類消費品的轉(zhuǎn)移。隨著手機里的MEMS麥克風(fēng)和加速度傳感器的采用的日益增加,還有汽車電子中傳感器用量的增加,都為該技術(shù)今明兩年的快速增長奠定了基礎(chǔ)。
另外,Jeff Waters還認為LED也是近年模擬產(chǎn)品發(fā)展的一個亮點。“LED將繼續(xù)發(fā)展,終將代替?zhèn)鹘y(tǒng)的照明,”他說,“今年LED驅(qū)動的發(fā)展目標是實現(xiàn)從電源線上的直接驅(qū)動,這將有利于從插座式的白熾燈向具有更長使用壽命的高效率LED的轉(zhuǎn)變。”
王健
