數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器的市場與技術(shù)動向

摘要：通過采訪ADI、TI和凌力爾特，探討了數(shù)模轉(zhuǎn)換器的技術(shù)和市場趨勢。

關(guān)鍵詞：數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器；ADC；DAC；市場

DOI: 10.3969/j.issn.1005-5517.2012.5.005

數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器的市場趨勢

在整個信號鏈中，數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器占有舉足輕重的位置(圖1)。因此，數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器市場增長迅速(圖2)。據(jù)2001年4月Databeans統(tǒng)計，ADI占據(jù)全球數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器市場份額的47.5%(圖3)。

不過，數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器是一個多元細分的市場，例如高端ADC分為高速ADC、超高速ADC，SAR ADC分為0~500 kSPS、600k~4MSPS等。在一些細分市場，很多模擬公司占有優(yōu)勢，例如TI稱，憑借DAC3484，TI在最低功耗16位通信DAC市場占有率超過65%。凌力爾特(Linear Technology)等模擬公司在一些細分市場性能也做出了很多創(chuàng)新。這是由于數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器的應(yīng)用十分廣泛，各種應(yīng)用對數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器的性能需求不同。概括地，數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器的開發(fā)趨勢分為四大方向(圖4)。

從廠商角度來看具體趨勢如下。

ADI公司華中地區(qū)銷售經(jīng)理張靖認為，未來，市場將需要更多“智能”注入的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器。通過控制額外的系統(tǒng)功能，這類智能轉(zhuǎn)換器不僅僅使設(shè)計人員采用更小、更簡單、更高性價比的數(shù)據(jù)處理器成為可能，而且進一步簡化了編程，并使系統(tǒng)整體性能得到提高。在今后一兩年內(nèi)，兩大主題將會詮釋這一趨勢，即與轉(zhuǎn)換器核心技術(shù)發(fā)展齊頭并進的先進傳感器快速擴張，以及在數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器內(nèi)嵌入持續(xù)可調(diào)節(jié)功率功能的發(fā)展方向。

當(dāng)今社會數(shù)字化程度越來越高，這對轉(zhuǎn)換器的需求也就越來越多。ADI認為通信市場(基站、直放站、家庭微基站和手持終端)是轉(zhuǎn)換器非常巨大的一個潛在市場。另外，醫(yī)療影像，汽車娛樂/安全市場也是轉(zhuǎn)換器的巨大潛在市場。

TI公司認為，數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器的發(fā)展趨勢是高速度、高精確、高集成、更低功率和更小體積。

工業(yè)領(lǐng)域的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器主要應(yīng)用在數(shù)字感應(yīng)裝置如電機控制、PLC(可編程邏輯控制器)市場等。這些領(lǐng)域?qū)?shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器的主要要求是高性能、低漂移、低失調(diào)。TI SVA(注：Silicon Valley Analog，是NS現(xiàn)在在TI的命名)推出的產(chǎn)品LMP90100，內(nèi)部集成有校準刻度，因此在測量時間或者溫度的時候，漂移在后臺就被消除掉，因此很適合這類市場。

消費類電子市場對數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器的要求有所不同，尺寸、功耗、集成性很重要，尤其對功耗要求最苛刻。TI的ADC產(chǎn)品能夠在低至1.2W的功率下運行。

醫(yī)療領(lǐng)域，像ECG(心電圖)、超聲、脈沖血氧計，這些高性能產(chǎn)品都在向便攜式方向發(fā)展。要求在性能與功耗上高度結(jié)合，兩者都很重要。

上述市場增長都非常迅速，同樣情況也發(fā)生在通訊市場。網(wǎng)絡(luò)在要求更高的容量，同時運營商要求更低的運營成本。這是一個獨特的組合，更高速、更寬的帶寬，同時還要有更低的成本和更低的功放數(shù)據(jù)。TI的產(chǎn)品可以使功放提高20%～50%的效率，因此運行更加快速，同時降低通訊系統(tǒng)的安裝成本。高性能數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器能夠在一個硬件上獲得以上多個標準的要求。

在汽車市場同樣出現(xiàn)以上情況。發(fā)動機里的感應(yīng)器讓發(fā)動機運轉(zhuǎn)得更快，這樣能產(chǎn)生更高的性能。在車載娛樂方面，出現(xiàn)了音頻觸屏控制器。一些西歐國家還開發(fā)出新裝置，在車前端安裝熱成像裝置，這樣在夜間，即使你的車燈照不到的地方，你也可以在儀表盤上看到熱成像投影。還有雷達巡航控制、射頻照相機等，很多汽車電子產(chǎn)品需要數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器，也是一個有巨大成長機會的市場。

通過采用新的封裝技術(shù)和新的工藝，TI一直在推動數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器市場的進步并保持創(chuàng)新，TI將繼續(xù)研發(fā)高速、雙極性工藝，以提供具有更高速度和更寬帶寬的產(chǎn)品，并繼續(xù)完善高精度工藝，為工業(yè)應(yīng)用提供一流的高性能轉(zhuǎn)換器。

凌力爾特公司混合信號產(chǎn)品部產(chǎn)品市場經(jīng)理Alison Steer稱，在大多數(shù)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器應(yīng)用中，人們的需求一直是擁有功耗最低的解決方案，同時又不犧牲性能。而提高集成度 (相對于較高的通道數(shù)目) 及增添信號調(diào)節(jié)能力以縮減占用空間和降低成本則是另一個重大的推動因素。另外，具有串行接口的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器 (可減少FPGA、ASIC或微控制器的引腳數(shù))的需求量也在不斷增長。這一點很重要，因為工程師們將因此不必轉(zhuǎn)而使用更大和更昂貴的處理器，并且可用空間由于路由信號位于電路板上而得以節(jié)省。

對于精準型應(yīng)用來說，推動因素是小尺寸、低功率和較高精度 (諸如INL、DC 偏移等 DC 準確度規(guī)格)。較高的精度可免除進行重新校準的需要；溫度漂移特性極其重要，而且它常常也是凌力爾特 ADC 和 DAC 有別于其他同類競爭產(chǎn)品的顯著特征。這一點并不是可以通過產(chǎn)品手冊中提供的規(guī)格參數(shù)來評估的。

凌力爾特高度專注于滿足工業(yè)/醫(yī)療、汽車和通信市場上對于數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器應(yīng)用的高性能要求。除了可提供訂貨至交貨時間簡短的穩(wěn)定供應(yīng)鏈并奉行嚴格的器件不停產(chǎn)政策之外，凌力爾特的產(chǎn)品線還提供了經(jīng)全面測試且有保證的技術(shù)規(guī)格，旨在確保客戶收到的產(chǎn)品均達到產(chǎn)品手冊中宣稱的性能指標，以提升客戶的生產(chǎn)良率。

技術(shù)趨勢：高性能、易用

功率預(yù)算限制是工程師經(jīng)常面臨的一個設(shè)計瓶頸，其中既包括因為散熱帶來的難題，也包括對于依靠電池實現(xiàn)長期操作的需求。凌力爾特的目標是找出巧妙的方法 (例如：SAR ADC 提供數(shù)字增益壓縮功能和長采集時間) 來降低信號鏈路的總功率預(yù)算。較長的采集時間允許使用速度較慢和功率較低的 ADC驅(qū)動器。對于高速ADC而言，關(guān)乎的則是在不增加所需輸入電壓擺幅的情況下提供高性能。較寬的輸入范圍需要更高的驅(qū)動器功率，同時導(dǎo)致信號鏈路中的噪聲增加。

在選擇合適數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器的過程中，決策的依據(jù)不應(yīng)僅憑產(chǎn)品手冊中典型性能指標的比較。工程師應(yīng)當(dāng)檢查哪些參數(shù)是在整個溫度范圍內(nèi)得到保證的，因為典型值有可能遵循一條很寬的鐘形曲線，而這會在日后的生產(chǎn)中引發(fā)問題。雖然得到全面保證的規(guī)格指標會由于使用額外的測試設(shè)備而造成成本增加，但如果產(chǎn)品最終未能按設(shè)計的那樣運作，那么帶來的麻煩會糟糕得多。此外，假如只是直接對比產(chǎn)品手冊中的規(guī)格參數(shù)，則諸如信號鏈路總功耗等優(yōu)勢是無法輕易體現(xiàn)出來的。

凌力爾特的Alison稱該公司擁有一支技術(shù)高超的應(yīng)用工程師隊伍，可幫助客戶了解怎樣優(yōu)化其設(shè)計中的組件以實現(xiàn)最佳的性能，并審查電路板布局以最大限度地加快產(chǎn)品的上市進程。其所有的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器都利用一個演示系統(tǒng)給予支持，該系統(tǒng)可演示用于實現(xiàn)最高性能設(shè)計的正確布局和輸入匹配。免費、易用且功能強大的PScope 數(shù)據(jù)采集和分析軟件工具使用戶能對凌力爾特的高速ADC和信號鏈路接收器系列的性能進行評估。

ADI公司張靖稱，轉(zhuǎn)換器發(fā)展到今天已經(jīng)比較成熟，各個廠家都在朝著更高精度、更快速度、更小體積、更可靠、更節(jié)能、更低價格的方向發(fā)展。但是就目前轉(zhuǎn)換器結(jié)構(gòu)來看，要做到高性能并不是十分容易。比如，如要做到更高精度則需在目前結(jié)構(gòu)上引入更多內(nèi)部器件并提高功耗。在更小體積、更低價格方面，大家很容易想到的方法是減小IC(集成電路)的線寬，但是這樣又會增加轉(zhuǎn)換器抗干擾能力，減小穩(wěn)定性。所以，ADI認為轉(zhuǎn)換器的發(fā)展應(yīng)該是結(jié)構(gòu)與工藝的共同發(fā)展。甚至今后會出現(xiàn)電子真空管向半導(dǎo)體轉(zhuǎn)換的這樣革命性的工藝轉(zhuǎn)變。ADI每年在轉(zhuǎn)換器的開發(fā)上都會投入巨資，不斷從設(shè)計理念、結(jié)構(gòu)和工藝上下功夫，并且已經(jīng)取得了世界領(lǐng)先的多項設(shè)計專利。

在能源管理和分配這樣的新興市場中，隨著風(fēng)能、太陽能、電力線通訊以及廣泛的基礎(chǔ)設(shè)施的發(fā)展和建設(shè)，數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器要求具有更高的吞吐率，在提高數(shù)據(jù)傳輸速率的同時，還要具有低功耗和低運營成本。

部分企業(yè)的產(chǎn)品策略

TI ：設(shè)計對的產(chǎn)品

應(yīng)用范圍廣，例如針對醫(yī)療電子、消費電子、汽車電子、工業(yè)應(yīng)用、通訊市場都有相應(yīng)的產(chǎn)品推出。但是不同的應(yīng)用對數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器在速度、精度、集成度和功耗方面都有不同要求，并不是要求每一項指標都要求達到最優(yōu)。例如微型基站里的通訊系統(tǒng)，有時要降低一些功耗要求，還要犧牲一些分辨率和速度來取得更多的帶寬。但是便攜式通訊設(shè)備方面，如軟件定義型無線電，就有著完全相反的需求，他們需要犧牲掉一些速度，一些帶寬和分辨率來取得每一mW的信號。 所以TI不強調(diào)做出可以解決全部系統(tǒng)問題的芯片，而是更愿意通過與客戶的溝通，憑借強大的銷售隊伍和應(yīng)用團隊來設(shè)計對的產(chǎn)品，投資在獨特的產(chǎn)品上，滿足客戶在速度、精度、集成性、成本、體積方面的要求，以達到一個平衡。

ADI：追求最佳平衡

ADI主要目標市場集中在通訊基

礎(chǔ)設(shè)施，工業(yè)自動化及工業(yè)儀表，汽車電子及醫(yī)療電子等領(lǐng)域。

在通訊基礎(chǔ)設(shè)施方面，應(yīng)用需要均衡考慮系統(tǒng)成本性能、集成功能和密度的最佳平衡。針對部分運營商僅需要一個雙通道模數(shù)轉(zhuǎn)換器而不需要DDC功能，ADI推出了采樣速率最高達250MSPS的14位模數(shù)轉(zhuǎn)換器AD9643。

在工業(yè)自動化和工業(yè)儀表方面，更需要數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器產(chǎn)品有更高的性能。例如，歐洲核子研究中心用來測量CERN大型強子對撞機內(nèi)超導(dǎo)磁體的磁場的儀器采用了18位的ADI模數(shù)轉(zhuǎn)換器AD7634，在最大采樣速率670 kSps時具有優(yōu)異的101dB信納比。提供了迄今可能達到的最高性能。

在汽車電子方面，通常面臨有限的安裝空間、惡劣的運行環(huán)境以及成本壓力，需要更具針對性的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器。例如，ADI公司推出的AD8283將汽車雷達接收器模擬前端集成到一塊芯片中，大大提高了集成度，降低了汽車雷達的尺寸和成本。

在醫(yī)療電子方面，通道密度增長非常快，同時又要求電路體積足夠小，系統(tǒng)功耗足夠低，以及更好的熱特性。因此，數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器與信號調(diào)理電路集成的解決方案將持續(xù)獲得業(yè)界歡迎。

凌力爾特：提供有保證的指標

最近一年，凌力爾特在擁有技術(shù)專長的三個領(lǐng)域中推出了多款產(chǎn)品。

2011 年，推出了兩個逐次逼近寄存器 (SAR) ADC 系列，它們?yōu)樵O(shè)計人員提供了重要的好處。第一系列 (LTC2379) 是一個具有250KSPS~2MSPS采樣速率范圍的無延遲18位和16位ADC系列。該系列具有一個全差分輸入范圍和 101.2dB SNR(在 18 位分辨率)，非常適合于高精度應(yīng)用。

LTC2369 偽差分 ADC 系列是繼全差分 LTC2379 之后推出的產(chǎn)品系列。LTC2369 系列專為那些偏愛使用單端信號鏈路的工程師而設(shè)計，且未明顯降低信噪比(SNR)性能。

凌力爾特還剛剛向市場投放了最快的無延遲18 位SAR ADC。LTC2389-18 實現(xiàn)了2.5MSPS(并行輸出)或1.9MSPS(串行SPI)和無延遲特性，并提供了可針對全差分或偽差分輸入驅(qū)動進行配置的靈活模擬輸入。

在高速 ADC 產(chǎn)品線中，凌力爾特發(fā)布了面向通信、醫(yī)療、工業(yè)和手持式測試與測量應(yīng)用的極低功率、雙通道 14 位和 12 位 ADC。LTC2145-14 雙通道 ADC 系列可提供25MSPS～125MSPS的采樣速率，每MSPS 的功率消耗低于1mW。與目前市面上所有同等性能的多通道高速ADC相比，這些ADC的每通道功耗是最低的。這些 14 位 125MSPS ADC 系列出口到中國是不受限制的。

LTM9012是一款四通道、14位、125MSPS μModule ADC，具有集成型固定增益驅(qū)動器、無源濾波和旁路電容。集成型μModule轉(zhuǎn)換器可大幅縮減各種高通道數(shù)應(yīng)用 (比如：醫(yī)療成像系統(tǒng)和 MIMO 4G 基站等等) 的板級空間。

三款16位20MSPS高性能/低功率ADC非常適合眾多的工業(yè)、醫(yī)療、汽車和通信應(yīng)用，且出口到中國不受任何限制。對于高性能的通信和成像應(yīng)用，LTC2201 16 位 20MSPS ADC可實現(xiàn) 81.6dB SNR 和高超的100dB SFDR。

近期發(fā)布了18位單通道和雙通道高精度DAC，即LTC2756和LTC2758。LTC2758 是市面上僅有的18位雙通道DAC，可提供卓越的DC規(guī)格和極小的占板面積。LTC2758 的 SoftSpan輸出特性能夠輸出 6 種達 ±10V 的獨特單極性和雙極性輸出范圍。輸出電壓范圍包括2種單極性范圍 (0～5V、0～10V)和 4 種雙極性范圍 (±10V、±5V、±2.5V、－2.5V～+7.5V)，這些范圍可采用軟件或通過引腳搭接來選擇。

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