準(zhǔn)確把握未來半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)技術(shù)發(fā)展方向
2007年度《電子工程專輯》的“最佳產(chǎn)品獎”包括半導(dǎo)體和測試測量在內(nèi)的10大類別，共有50名候選者，它們在半導(dǎo)體行業(yè)中均屬遙遙領(lǐng)先者，其產(chǎn)品與技術(shù)代表了不同類別最新的發(fā)展現(xiàn)狀。通過分析這些產(chǎn)品，我們可以準(zhǔn)確把握未來半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的技術(shù)發(fā)展方向。
AD/DA轉(zhuǎn)換器追求高精度與高速
毫無疑問，隨著先進(jìn)設(shè)計技術(shù)以及精密CMOS工藝的發(fā)展，AD/DA轉(zhuǎn)換器正在向更高精度(分辨率)和更高速度邁進(jìn)，此外，根據(jù)應(yīng)用領(lǐng)域的不同，小功耗、小封裝尺寸以及易用性，也是此類產(chǎn)品追求的重點(diǎn)。從目前來看，高精度的AD轉(zhuǎn)換器主要分為Δ-Σ型和逐次逼近(SAR)型兩種，TI公司的ADS1232和ADI的AD7980正是其中的典型代表。
24位的高精度ADS1232主要面向高精度測量(特別是電子秤等)領(lǐng)域，內(nèi)部帶有低噪聲的可編程精密放大器，精密的Δ-Σ AD轉(zhuǎn)換器和內(nèi)置的振蕩器。
ADI的AD7980則是一款16位產(chǎn)品，談到精度問題，該公司表示：“目前，設(shè)計人員要求18到24位的更高精度，而事實(shí)上，AD7980具有滿足這種需求的潛力。該產(chǎn)品所采用的技術(shù)允許其捕獲電源范圍之外的信號，從而可以用來提供更高的精度。”而事實(shí)上，ADI最新發(fā)布的AD7982，就是有著相同功率、尺寸以及易用性，且引腳兼容的18位轉(zhuǎn)換器。而對于高精度數(shù)據(jù)捕獲技術(shù)今后的發(fā)展，ADI也指出，其面臨的最主要挑戰(zhàn)，在于是否能夠通過傳感器和轉(zhuǎn)換器之間的模擬信號鏈承載寬動態(tài)范圍的信號。
高速AD/DA產(chǎn)品目前開始廣泛出現(xiàn)在無線領(lǐng)域，對它們而言，信噪比(SNR)與無雜散動態(tài)范圍(SFDR)是衡量產(chǎn)品性能的兩大關(guān)鍵指標(biāo)。TI的高速ADS5547(14位)，其采樣率超過了200Msps，同時還可在輸入速率高達(dá)300MHz時保持70dBFs的SNR及74dBc的SFDR。而埃派克森微電子的高速高精度DA轉(zhuǎn)換器A4101，在165MHz時鐘采樣頻率時的SFDR分別達(dá)到72dBc(5MHz輸出信號頻率)和68dBc(10MHz輸出信號頻率)。
圖1：消費(fèi)者的產(chǎn)品需求在不斷推動半導(dǎo)體的產(chǎn)業(yè)發(fā)展。
圖2：TI公司帶14引腳的MSP430F20xx可適用于多種模擬外圍設(shè)備。
圖3：凌力爾特的LTM4600是一款高效率DC/DC uModule。
圖4：泰克的14-GHz RSA6114A提供了110MHz實(shí)時帶寬及73dB無雜散動態(tài)范圍，能夠滿足各種數(shù)字RF應(yīng)用需求。
使用先進(jìn)工藝的運(yùn)算放大器
消費(fèi)者對更小的產(chǎn)品尺寸以及更多功能的需求，正在加速低功耗運(yùn)放的發(fā)展步伐。今天，對低功耗運(yùn)放供電電流低于1mA的傳統(tǒng)定義似乎已經(jīng)無法滿足便攜式系統(tǒng)設(shè)計師的要求。美國國家半導(dǎo)體公司的LMV651芯片，在工作時只耗用115μA的電流，而且同時還可以支持12MHz的單位增益帶寬。在此類應(yīng)用中，寬工作電壓范圍也不容忽視。凌力爾特信號調(diào)理產(chǎn)品部市場經(jīng)理Brian Black就表示：“便攜式設(shè)備的電源有可能取自放電至1.8V以下的電池或充電至12V或更高電壓的超級電容器。因此，為了保證在未穩(wěn)壓電池應(yīng)用中實(shí)現(xiàn)良好的工作性能，凌力爾特的LT6003運(yùn)放的工作電壓范圍達(dá)到1.6~16V?！?
高性能運(yùn)放也是供應(yīng)商關(guān)注的重點(diǎn)，該類別入圍產(chǎn)品美國國家半導(dǎo)體的LM4562和ST的TSH340/TSH341就分別面向高端音、視頻領(lǐng)域。國家半導(dǎo)體指出：在一個典型的音頻信號通路中，噪聲與失真誤差是累積形成的，而這直接導(dǎo)致音頻器件性能必須是最終系統(tǒng)所要求的10~20倍，因?yàn)橹挥羞@樣才能保證最終系統(tǒng)的性能指標(biāo)。LM4562運(yùn)放針對音頻應(yīng)用，總諧波失真及噪聲僅為0.00003%。ST的產(chǎn)品則瞄準(zhǔn)高分辨率視頻領(lǐng)域，除了參加本次ACE Awards評選的TSH340/TSH341外，該公司表示，目前已經(jīng)發(fā)布了下一代高分辨率視頻緩存器系列TSH343和TSH344，該公司今年還計劃開發(fā)帶內(nèi)置重構(gòu)濾波器的三視頻緩存器方案。
從入圍的5款產(chǎn)品來看，先進(jìn)的工藝技術(shù)是提高產(chǎn)品性能的關(guān)鍵。據(jù)美國國家半導(dǎo)體介紹，其專有的VIP50 BiCMOS工藝最適合生產(chǎn)放大器芯片，可以賦予產(chǎn)品驚人的速度功耗比、更低的閃爍噪聲(甚至優(yōu)于純CMOS工藝)，以及溫度系數(shù)極低的薄膜電阻。利用該工藝生產(chǎn)的LMV651，只需115uA的電源電流就達(dá)到了12MHz的單位增益帶寬。而ADI的AD8250，則采用了該公司的精密的雙極CMOS工藝——BiCMOS，不僅為產(chǎn)品提供了高精度，還增加了數(shù)字控制。
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