發布日期：2022-07-14 點擊率：62
模擬所包括的范疇很廣,包括放大、比較、驅動、衰減、濾波等的信號調理產品,實現各種信號轉換(包括接口轉換)的轉換產品,作為各類時基基礎的頻率源相關的產品,實現模擬世界各種參量采集的傳感器產品,還有一大類就是無處不在的電源及功率管理產品。
那么,為什么各機構對今年模擬半導體的發展有較好的預期呢？其主要依據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期。但在這些模擬產品領域,又會有什么樣的發展趨勢呢？
信號調理產品的速度更快,功耗更低
籠統地講,可以把運算放大器和ADC都歸入到信號調理的范疇。美國國家半導體公司全球營銷副總裁Jeff Waters認為,今年,工程師或設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有器件高4倍。應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品。”他還補充說明如此認為的依據是今年的帶有視頻功能的便攜產品將會有一個不俗的發展。除此之外,通信領域也會取得不俗的發展,復合增長率可以達到18%,主要集中在Wimax和3G/4G手機領域,以及PoE供電方面。另外還有一個支持模擬產品有較好發展的領域是復合增長率將連續5年不低于10%的汽車電子領域。
圖1:采用自適應電壓調節技術的PowerWise提高了能量利用效率。
圖2:具有數字可編程的LP3906的效率高達96%。
電源和相關管理產品效率更高,靈活度更高
基于無處不在的性質,電源產品始終在模擬產品中一致占據重要的地位。也毫無疑問,電源產品將一直向更高效率和更加智能的方向繼續邁進。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計決策帶來的巨大影響,從而激勵出許多創新設計。“因此,新的一年里,人們將繼續關注能量效率和功率密度,更高效率的開關調整器將會與其他降低總功耗和體積的各種新技術一道涌現。”為了加強他的判斷,這里他還給出了幾個具體數據。他認為,今年,估計消費電子類對高效率的開關調整器的需求的復合增長率將達到19%,而除了MP3、PMP、數碼相機和液晶電視外的其他一些便攜式產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提高能量利用效率的新技術,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,則必須改變傳統的思路,采用全新的方法,從整個系統層面上來全面考慮整個系統的功率預算和效率提升,為電源管理芯片增加更多地智能,從系統的各個方面來落實系統的能量利用效率。基于這種局限,估計在新的一年中新的管理技術會不斷涌現。
圖3:Linear公司的開關型PowerPath的電路示意圖。
實際上,各大模擬生產廠商目前已經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,以及相關的各種接口芯片。其核心思想就是通過整體的配套優化,使能量利用效率進一步提升。PowerWise采用自適應電壓調節(AVS)和閾值電壓調節等技術,將數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開銷。“我們的PowerWise家族中的高效率器件種類目前已經超過了400款,包括智能的自適應能量管理器件,這些器件具有業界出色的性能功率比,”Jeff Waters介紹道,“另外,NS是LVDS的發明者并且在低功率解決方案方面占據著領先地位。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據率的接口,這些器件的相互配合能夠組成功耗最低的電子系統。”據了解,有機構在使用和沒有使用PowerWise自適應電壓調節技術的情況下,對采用Linux操作系統和常規MPEG4解碼軟件的ARM926系統芯片進行評測。在上述兩種情況下,采用ARM Intelligent Energy Manager解決方案將處理器內核頻率在60MHz至240MHz范圍內調節。系統芯片采用TSMC 130nm常規CMOS工藝,并利用標準單元設計流程和Synopsys設計工具進行設計。與采用相同硬件和軟件的系統相比,PowerWise技術可將處理器能耗降低70%。
表1:Linear公司USB電池充電拓撲結構的比較。
實際上,凌力爾特公司最新推出的PowerPath充電系列產品強調的也是這一點。該公司功率管理產品副總裁兼總經理Donald E. Paulus認為:通常,設計師在設計過程中,是以彼此獨立的方式來考慮各個放大器和其他元器件,可是到了系統集成起來后,就會面臨許多系統級問題。如熱插拔、系統過熱、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籌考慮。“開關型PowerPath通道管理是電源通道管理技術的最新突破”,Donald介紹說,“目前PowerPath的應用增長很快,因為它能夠滿足如今的手持設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功率控制的充電器,這就像線性調節器讓位于開關電源一樣。”另外,他還補充道:“該技術的核心優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)的應用來說非常關鍵。”
LED驅動和MEMS技術亦有更好的表現
雖然MEMS并非新話題,但該技術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的表現。目前MEMS振蕩器已經取得了突破性進展,已經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,非常穩定,且抗沖擊和振蕩的性能也是最好的,同時能夠實現更高的品質因數。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,這將是模擬設計中劃時代的突破,因為再也不需要外部復雜的振蕩器的設計。另外,還注意到,該技術從軍用向民用轉移的速度有所加快,特別是向手機這類消費品的轉移。隨著手機里的MEMS麥克風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,都為該技術今明兩年的快速增長奠定了基礎。
另外,Jeff Waters還認為LED也是近年模擬產品發展的一個亮點。“LED將繼續發展,終將代替傳統的照明,”他說,“今年LED驅動的發展目標是實現從電源線上的直接驅動,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的轉變。”
王健
