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ADC模擬電路皇冠上的明珠(1)

冬至配餃子 ? 來源:南瓜隨你飛 ? 作者:AshiRiga ? 2023-07-03 11:00 ? 次閱讀

一、基本介紹

ADCAnalog to digital converter)、DAC(Digital toanalog converter)為數據轉換芯片,本質上是信號鏈芯片(模擬芯片按照功能可以分為信號鏈芯片和電源管理芯片兩類)中的一種。ADC是將模擬信號轉換為數字信號,DAC 相反。其中ADC 在兩者的總需求中占比接近80%。ADC 和DAC 屬于模擬芯片中難度最高的一部分,被稱為模擬電路皇冠上的掌上明珠。

ADC的原理:通過采樣-保持-量化以及編碼電路,將輸入的連續波形的模擬信號變換成間斷的數字型號。

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圖片來源:百度

通常情況下A/D轉換需要經過采樣-保持(S/H:Sampling & Holding)、量化、以及編碼4個過程。

1.采樣

采樣是將連續變化的模擬波形通過與采樣脈沖串(或者周期方波信號)做卷積運算,將連續變化的量變成時間離散的模擬量,如下圖所示。

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S(t)是采樣傳輸控制信號,脈寬為τ,脈沖周期為Ts。在脈寬時間τ內控制信號導通,采樣輸出端口有輸出信號Vo(t);在Ts-τ的時間內,控制信號關閉,采樣輸出端口無信號輸出。各個周期脈沖對應采樣輸出后的結構如下圖所示。

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圖片來源:百度

當S(t)的脈沖頻率越高,采樣時間間隔越小,信號保留越多,得到的信號波形越接近原始波形。根據奈奎斯特定理,S(t)對應的采樣頻率fs與輸入信號的最高頻率分量fmax之間必須滿足fs≥2fmax,才能將原始信號的信息保留下來。工程上為了能夠滿足實際使用,一般都采用fs≥(3-5)fmax。

2.保持

上面提到的采樣是通過脈沖串實現的,得到的輸出結果在時間上是隔離的,實際過程中采樣電路每次取得的模擬信號轉換為數字信號都需經過一定的時間,這是為了為后面的量化編碼體提供一個穩定值。所以每次取得的模擬信號都必須要通過一個保持電路,保持一段時間。實際上采樣和保持的過程是通過采樣-保持電路同時完成的。

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在t=t0,控制電路閉合,電容充電,此時v0=vi。在t0-t1時間內采樣,t=t1斷開,電容放電,采樣輸出保持平穩,最后得到的波形如上圖所示。這個過程就是保持階段。

3.量化

通過采樣得到的數字信號在幅度上面是不連續的,量化就是將抽樣得到的瞬時值將其幅度離散,用一組規定的電平把瞬時抽樣值用最接近的電平值表示。簡單來說就是把輸入信號幅度連續變化的范圍分為有限個不重疊的子區間,每個子區間用對應的一個確定數值表示,其內的輸入信號就以該數值輸出,從而將連續輸入信號變為有限個離散值電平的近似信號。

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4. 編碼

編碼就是將量化過后的電壓幅值用對應的二進制碼對應進行表示。

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5.名詞解釋

1)分辨率;

分辨率,簡單來說就是對應了ADC中的位數。表征了能夠將一個信號進行最小量化的尺度,位數越多表示這個ADC的分辨率越高,對于信號的描述就越準確。如下圖所示一個16bit和3bit對信號進行量化表征的細節程度相差很大。位數越高,對信號的量化越準確,轉換的精度越高。

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圖片來源:百度

2)采樣率;

采樣率,Sample PerSecond,SPS,每秒取得的樣本數量。代表了ADC的采樣速度,當采樣率越高,就代表ADC的速率越高。

3)射頻采樣;

射頻采樣就是將ADC直接用在射頻信號中。傳統的采樣是需要將輸入信號通過一個下變頻器件,將信號頻率降低到一個較低的中頻頻率之后再做AD變換。射頻采樣是不需要將信號經過下變頻,而直接對輸入的射頻信號進行AD變化,其在信號鏈路中的位置如下所示。

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圖片來源:ADI官網

采樣率和分辨率是兩個相互矛盾的指標,當位數越高,需要采集、比較的數越多,相應的ADC芯片的架構越復雜,比較器越多,運行的時間越長,速度越慢。

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二、ADC分類

ADC按照工作原理可以大致分為兩大類:

  • 直接轉換型ADC:將輸入電壓信號直接轉換為數字代碼,不需要經過中間任何變量;
  • 間接轉換型ADC:將輸入電壓信號轉變成某種中間變量(時間、頻率、脈沖寬度等),然后再將這個中間變量轉換成數字代碼輸出;

按照采樣定理的原理可以分為兩種:

  • 奈奎斯特采樣ADC:采樣率=2信號最高頻率;
  • 過采樣ADC:采樣率>2信號最高頻率;

按照不同的精度和采樣速率可以分為Δ-Σ 、SAR、Flash、Folding & Interpolation、Pipeline等不同種類。這幾種不同的ADC之間精度和速率的關系如下圖所示:

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圖片來源:髙速低功耗逐次逼近式ADC研究與實現

1.Flash

Flash是一種高速的ADC架構,是目前成熟的采樣速率最高的ADC架構。其架構如下圖所示。

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圖片來源:高精度Σ-Δ ADC設計

從它的結構中可以得到,輸入電壓Vin與參考電壓Vref是分別同時接入到不同的輸入端口進行對比,也就是輸入信號是被多個端口并行處理,執行一次運算只需要一個時鐘周期。

也正是因為其并行運算的架構使得其無法做到很高的分辨率(既高位數)。上圖顯示的是一個3位,用到了7個比較器。一個N位的ADC采用Flash架構,需要2的N次方-1個比較器,因此增加一位,就需要增加2的N次方個比較器。這也是導致Flash無法做到太高精度的主要原因,精度越高、架構越復雜、芯片面積越大。

另外,比較器對于輸入電壓都是并聯的,呈現十分大的輸入電容,需要用很大的功率來驅動這一類ADC,對于功率、功耗等方面也受限制。

目前Flash最高可用位數為8bit,高于8bit之后就需要采用其他架構。8bit的Flash ADC速率可以達到1GS/s,6bit的ADC可以達到12GS/s。

Flash ADC除了可以作為單片使用,還經常在Pipeline ADC、Δ-Σ ADC、SAR ADC中作為子ADC使用。

2. Folding & Interpolation

Folding & Interpolation,折疊內插式ADC,其核心思想是劃區、分段再組合。

劃區:將輸入型號進行折疊劃區,如下圖所示,輸入信號被劃分為四個區域,然后分別對不同區段進行量化。

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分段:將輸入電壓分成兩路信號,一路直接通過低精度Flash ADC,進行粗量化,得到高位的MSB;另外一路通過折疊放大器分成小的量化區間再進行細量化。

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組合:將兩路信號對應的MSB+LSB位數組合成一個完整的精度表示。

采用Folding& Interpolation架構,會相比與采用Full Flash架構用到的比較器少很多。系統架構簡化。同時其處理的精度得到提高、采樣的速率相對較高。

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Folding & Interpolation ADC的特點如下:

  • 由于沒有反饋環路,可以保持較高的采樣頻率,僅次于Flash ADC;
  • 能夠實現高采樣率以及12bit的精度,但是需要復雜的校準電路;
  • 需要用到很多高速放大器,功耗大、電路規模大,適用于對功耗和面積不敏感的高速應用;

3.Pipeline

Pipeline ADC,流水線式ADC架構。正如其名字一樣,采用了類似于加工產線上的流水線生產流程和原理,將輸入信號進行分段處理,然后逐個傳輸到每個ADC完成對應的采樣+量化的工作,最后拼接輸出。與Folding & Interpolation結構不同,Pipeline將輸入信號在時間和空間上都進行分段了,前者僅在空間上分段,然后并行處理兩路信號。

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上圖所示為Pipeline ADC的基本結構,可以看到輸入信號需要經過不同的流水線節點Stage。每一個Stage中包含了一個子ADC、一個子DAC以及一個殘差放大器(Residue Amplifier)。每一個Stage在前半個時鐘內接收信號完成一次采樣,然后在后半個時鐘內由子ADC完成量化,輸出量化結果D。

Pipeline ADC需要保證分段的量化在半個周期內完成,同時其不想Flash或者Folding & Interpolation同時完成所有位數的量化,因此其在高精度的基礎上還可以保留一定的速度優勢,但是相對于Flash和Folding & Interpolation高速來說稍顯不足。

主要的優點:

  • 高精度:其每級的殘差放大可以抑制后級的誤差,類似于射頻鏈路中的級聯噪聲作用,提高了整體的精度;分段結構能夠更靈活的對每一位進行校準,能夠達到10-16bit;
  • 高速:目前可實現單通道250MS/s+16bit,1.5GS/s+12bit的性能,適用于基站、通信、雷達等應用;
  • 量化校準方便,能夠通過靈活的校準算法提高精度、降低功耗;

主要的缺點:

  • 隨著工藝制程不斷降低,晶體管的溝道效應增強,本征增益下降,放大器難以保持高增益,因此限制了殘差放大器的精度;
  • 高速、高精度需要更高的功耗和更大的面積,系統的架構也越發復雜,進一步導致功耗和面積的增大;
  • 流水線式的固有數據延遲特點使得其無法實時輸出當前量化結構,使其無法朝向更高速的應用場景發展;

高速Pipeline ADC發展趨勢:

  • 低功耗:功耗是限制傳統Pipeline ADC發展的瓶頸問題,降低功耗也是研制高速、高精度Pipeline ADC的重要方向;
  • 混合結構:為實現兼容高速、高精度、低功耗的特點,往往采用了混合結構實現,例如Pipeline+SAR可以實現低功耗和中高精度;Pipeline+ Δ-Σ ,可以實現高精度;

4.SAR

Successive-approximation Register,SAR,逐次逼近式ADC。傳統架構的SAR式時間同步取樣,主要優勢低功耗、結構簡單、低中高精度均有,能夠應用在工業控制、生物電子、便攜設備中。

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由采樣+保持電路、逐次逼近寄存器、控制邏輯、DAC構成。舉個列子來說明其工作流程和原理。

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由采樣+保持電路、逐次逼近寄存器、控制邏輯、DAC構成。舉個列子來說明其工作流程和原理。

假設輸入電壓是0.4V(參考電壓為1V)。

1)第一次比較,0.4V <1V,最高有效位為0;

2)二分區間,輸入電壓與<0.5V 相比較,再次產生一個0;

3)二分區間,輸入電壓>0.25V 相比較,有效位為1;

4)1作為控制信號,將比較值從0.25V 選為0.375V,而不是0.125V;

5)比較程序繼續N 次,得到N 位輸出。

主要缺點:

  • 逐次逼近是串行結構,使得其無法實現高速采樣;
  • 同步時鐘電路控制,模塊之間傳遞信號存在較多等待;
  • 基于分頻的時鐘控制,外部時鐘頻率要高于內部采樣時鐘N+1倍或以上;

采用異步時鐘的結構能夠有效解決其關鍵問題:外部時鐘無需N+1倍于內部采樣時鐘,降低了對外部時鐘速度和精度的要求,簡化了電路設計;異步時鐘下電路模塊在傳遞信號的時候沒有等待問題,時間延遲小。因此異步時鐘的SAR ADC是目前SAR ADC的主流解決方案。

5.Δ-Σ

Δ-Σ ,增量累加ADC。與其他幾種ADC不同,這一類ADC成為過采樣ADC,其采樣率遠大于2倍信號最高頻率,根據應用場合的不同范圍從20-1000。其他結構如下圖所示。

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信號的采樣率越高,噪聲對信號信息的影響就越小,SNR也隨著過采樣率的提高而提高,因此ADC的分辨率也會提高。Δ-Σ 就是通過速度來換取高分辨的一種架構。其采樣進度能夠達到24bit。

6. Time-interleaved

Time-interleaved,時間交織ADC。時間交織的核心思想是兩點:多路處理+時鐘交織。其結構如下圖所示。M個采樣率為fs/M的ADC階梯式并行采樣。在第一個采樣時鐘信號到達的時候把第一個采樣值傳遞個ADC0,第二個時鐘周期來到的時候把第二個采樣值傳遞給ADC1,這樣類推。

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Time-interleaved ADC是目前實現多通道ADC采樣的方案,是實現高速ADC的重要方案。但是面臨由多通道導致的失配、面積功耗大、多項為時鐘、輸入信號、參考電壓的生成和分配困難等問題。

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三、海外龍頭占據市場主要份額

根據相關數據統計顯示,在2018年全球的ADC/DAC市場分別別ADI、TI、MAXIM、MICROCHIP等國外企業壟斷。

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國企的企業起步時間早、技術迭代時間長、技術積累深厚,同時具有IDM模式或者先進工藝實現途徑。通過早期的技術突破,以及后期的不斷的研發投入形成了技術、市場雙壁壘。

從產業鏈的角度來看,國外的公司從芯片的設計、制造、封測到最后的銷售形成了完整技術、市場雙重覆蓋。有很強的自主可控能力。

從技術角度來看,國外的公司早期實現了技術突破,通過不斷注入研發資金,形成產品良性迭代。研制出了具有高性能的高速、高精度的產品,應用領域覆蓋了工業控制、衛星、通信、汽車、消費電子等各個領域。

從公司的規模角度來看,國外的公司通過長期的市場壟斷,形成了市場的護城河。營收規模大,公司團隊都已經達到一定的體量。

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在ADC方向,TI、ADI、MAXIM三家占了國內高速、高精度ADC/DAC市場的95%,其中ADI占58%,TI占25%。

1.ADI

1)目前在高速ADC方面的產品有511款,采樣率從10M-26G SPS均有覆蓋,對應的分辨率從3-24bit。

ADI最新推出的幾款產品,ADC最高采樣率達到4G SPS,分辨率最高為16bit。

  • AD9081是一款混合型號前端芯片,集成了4個16-bit,12G SPS采樣率的射頻DAC,4個12bit,4G SPS采樣率的射頻ADC??捎糜?a href="http://www.1cnz.cn/v/tag/1252/" target="_blank">無線通信架構、微波點對點E波段通信、5G毫米波、寬帶通信系統、相控陣雷達和電子戰、電子測試測量系統;
  • AD9083,采用了Continuous time Δ-Σ 架構(連續時間增量累加),支持125M信號帶寬,2G SPS采樣率,低功耗設計。主要用于毫米波成像、相控陣波束成形、多通道寬帶接收機、電子測量等;
  • AD9699,14bit,3G SPS采樣率。針對寬帶信號的直接采樣使用,信號帶寬可達5G??捎糜冢悍旨囝l帶和多模數字接收機、3G/4G, TD-SCDMA, W-CDMA, GSM, LTE, LTE-A、電子測試測量系統、相控陣雷達和電子戰、DOCSIS 3.0 CNTS上行接收路徑、HFC數字變換路徑接收機、LiDAR;

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最高采樣率的型號為HMCAD5831

  • 3bit,26G SPS采樣率,采用Full Flash超低延時架構,支持20GHz的輸入帶寬。
  • 主要針對超過寬帶相控陣、射電天文、級聯數據鏈、鏈路診斷測試設備、光譜儀等領域。

目前在高精度ADC方面的產品有677款,分辨率從8-32bit ,采樣率從6.8-160M SPS均有覆蓋。

2)其中最新款產品分別為ADAQ4001、AD4695、AD4696、AD7606C-16、ADAQ23875、AD4680、AD4681、AD4682、AD4683、AD7606C-18、ADAQ4003、AD4114、AD4115、AD7383、ADUM7702。

最高精度的型號:分辨率為32bit的LTC2508-32和最新高精度的型號:分辨率為24bit的AD4115。

  • LTC2508-32:

a.一款低噪聲、低功耗、高性能的32bit、最大采樣率1M SPS ADC;

b.采用了雙輸出的SAR ADC架構,功耗為24mW(1Msps);

c.主要應用在地震探測、能源勘探、自動化測試設備、高準確度儀表等領域

  • AD4115:

a.一款低功耗、低噪聲、24bit的ADC;

b.±10V的輸入電壓,采用了Δ-Σ 架構;

c.主要應用在PLC控制和分布式控制系統模塊、測試儀器設備

2. TI

1)目前TI關于高速ADC的產品共有351款,采樣率從1M-10.4G SPS,分辨率從7-18bit均有覆蓋。

新產品:ADC09QJ1300-Q1、ADC3563、ADC3663、ADC3583、ADC3683、ADC3664\\、DC12DJ5200RF、ADC3643、ADC3660、ADC12SJ1600-Q1、ADC12DJ1600-Q1、ADC12QJ1600-Q1、ADC3541。

  • ADC12DJ5200RF:最高采樣率

a.是一款射頻采樣千兆采樣模數轉換器 (ADC),可對從直流到 10GHz 以上的輸入頻率進行直接采樣;

b.目前TI單通道采樣率最高的產品。10.4G SPS 單通道或 5.2G SPS 雙通道、 12 bit、功耗4W;

c.JESD204C串行數據接口,最多16個串行通道,最大通道速率:17.16Gbps;

d.主要應用:示波器和寬帶數字轉換器、通信測試儀(802.11ad,5G)、電子戰(信號情報、電子情報)、衛星通信 (SATCOM) 、射頻采樣軟件定義無線電 (SDR) 、光譜測量

2)目前TI關于高精度ADC的產品共有556款,分辨率從4.5-32bit,采樣率從0.015K SPS-8MSPS均有覆蓋。

新產品:ADS7067、ADS127L11、ADS131M02 、ADS131M03、ADS125H01、ADS131B04-Q1、ADS7038-Q1、ADS7138-Q1、ADS8686S、ADS9226

  • ADS1263:最高精度產品

a.集成PGA、電壓基準和內部故障監視器的低噪聲、低漂移、8.4kSPS、32bit Δ-Σ ADC。ADS1263 集成有一個 24 bit輔助 Δ-Σ ADC,專用于后臺測量;

b.主要應用:高分辨率可編程邏輯控制器 (PLC) 、溫度、壓力測量、秤重天平和應力計數字轉換器、面板儀表、圖表記錄器、分析儀器

3. MAXIM

  1. 目前MAXIM高速ADC的產品共有48款,采樣率從7.5-800M SPS,分辨率從6-16bit,均有覆蓋。
  • MAX19191:最高速產品

a.雙通道,6bit,采樣率800M SPS,fin≈200MHz時SNR為37dB,輸出為LVDS接口,功耗2.6W;

b.主要應用:VSAT 接收機、WLANs、測試儀器、通信系統;

2)目前MAXIM關于高精度ADC的產品共有424款,分辨率從8-24bit,采樣率從0.0016K SPS-3MSPS均有覆蓋。

  • MAX11410A:最新的高精度ADC

a.多通道、低功耗、24bit、19K SPS采樣率,采用了Δ-Σ架構;3ppm的INL

b.輸入端集成了一個低噪聲可變成增益放大器,使得該ADC能夠驅動高阻抗源

c.主要應用:傳感器測量、便攜儀器、電阻電橋測量

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從上述三家龍頭企業來看,他們的產品種類齊全、覆蓋范圍廣、指標性能領先,并且針對不同的應用領域提供了不同芯片。用戶可以根據具體的需求去選擇及時快速的貨架產品,一定程度上避免了定制化帶來的時間、研發以及應用方面的成本問題。同時,產品的性能決定了它們在用戶市場上的地位,高精度和高速的ADC已經經過多輪的技術迭代形成穩定的性能,保持了業界高水平。

四、國產廠商悄然升起,逐步嶄露頭角

近年受到美國貿易制裁,對于關鍵的、核心的、高性能的芯片應用愈發受限。在ADC/DAC領域,國內企業也逐步浮出水面,進入市場參與的公司也正在增加。大致可以將國內的企業劃分為三個類型:

  • 國家級的骨干研究院所:航天772所(時代民芯)、中電24所、中電55所、中科院微電子所、吉芯科技(中國電科聲光電公司)、中科芯集成電路股份有限公司(中電58 所);
  • 國內高校創業企業、上市公司:蘇州云芯微、蘇州迅芯微電子、蘇州納芯微、北京昆騰微電子、上海貝鄰、芯海科技
  • 海歸企業團隊:深圳靈矽微、上海韜潤半導體、蘇州思瑞浦、上海冶精微電子、上海類比半導體、北京核心互聯;

1. 航天772所-時代民芯

成立于2005年11月,是由中國航天時代電子公司和航天電子技術股份有限公司(原長征火箭技術股份有限公司)重組航天微電子資源而成立的股份有限責任公司,現為航天電子技術股份有限公司的全資子公司。專業從事集成電路設計、開發、生產(不包括晶圓加工)和服務;半導體二極管、三極管和MEMS慣性器件的設計、開發、生產和服務。

公司在ADC方向的主要產品如下所示:

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ADC最高精度16bit,最高采樣率1G SPS,與國外企業相比,產品屬于中低端。高速產品采樣率僅突破1G。從產品性能來看,公司的產品方向主打高16bit分辨率低采樣率、8bit分辨率高采樣率。屬于中等分辨率低采樣率,低分辨率中等采樣率的產品范圍。

以ADI的產品為對標分析,公司的產品性能指標相對于ADI在2014年左右的產品性能相當,按照摩爾定律來看,相差了2-3代。

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2.蘇州云芯微

2010年5月創辦于江蘇省昆山市花橋經濟開發區,致力于高速高精度數?;旌霞呻娐沸酒ˋDC/DAC)和集成中射頻、模擬、數字功能等集成芯片(SOC&SIP)的設計、開發、生產及銷售。產品涵蓋高性能模數轉換芯片(ADC),數模轉換芯片(DAC),直接數字式頻率合成芯片(DDS) ,正交數字上變頻芯片(QDUC)、多頻多模射頻收發芯片(SOC、SIP)等多個門類。公司產品廣泛用于無線通信、遙測遙控等領域。

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從公司目前已經發布的產品來看,分辨率最高16bit,采樣率最高達到250M SPS。相對于國外公司來說相差很大,從高速、高精度來定義仍然具有很大的差距。

3. 蘇州迅芯微電子

成立于2013年,以集成電路及軟硬件系統的設計、研發、銷售為一體。團隊在超高速數據轉換器(ADC/DAC)芯片、高速串并/并串轉換(DEMUX/MUX)芯片,以及微波單片集成電路(MMIC)領域具有豐富的研究經驗。

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AAD06S032G,采用Si基工藝,4路交織技術,子ADC采用Folding & Interpolation架構,可對輸入信號做6bit轉換,功耗10W。主要針對高速數據采集、寬帶通信以及示波器等方向。

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從公司的發布的產品來看,迅芯微在ADC方向注重于高速ADC,采用多路交織技術,集成Folding & Interpolation子ADC,用多路架構提高采樣率,實現高速。但是缺乏高精度的ADC產品。

4. 蘇州納芯微

成立于2013年,專注于圍繞各個應用場景進行產品開發,由傳感器信號調理ASIC芯片出發,向前后端拓展了集成式傳感器芯片、隔離與接口芯片、驅動與采樣芯片,形成了信號感知、系統互聯與功率驅動的產品布局。

在ADC方向主要產品為隔離ADC,高性能隔離Δ-Σ調制器,可在隔離高壓下將模擬信號轉化為數字信號進行傳輸。發布產品僅有兩款:NSi1306M25、NSi1306M05。

5.北京核心互聯

公司創立于2017 年,團隊來自于清華北大以及北美名校,有著多年國內外大廠的工作經歷,如AMD英偉達、華為等。2018 年獲得5000 萬元個人投資者種子輪投資。公司同時掌握ADC/DAC、時鐘芯片、運算放大器、高速接口和RISC-V IP 等多項技術,具備信號鏈全鏈芯片及相關IP 設計研發能力。目前公司主要芯片產品為高速高精度ADC,工業級MCU以及高性能RISC-V+AI+DSP異構SoC。

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從公司已發布的產品可以看到,公司是少數能夠研制24bit高精度ADC的企業,同時其在高速ADC方面也能夠達到3G采樣率,同時保持14bit的分辨率。

在高速、高精度ADC方面具有較明顯的技術優勢,屬于國內技術領先的民營企業。

對比ADI的相關產品,相對比于國外的產品平均落后了5-10年。

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6. 重慶吉芯科技

重慶吉芯科技成立于2019年06月21日,是中國電科聲光電公司旗下的公司。公司在2021年發布兩款高性能多通道16位ADC系列產品——GAD3642ME和GAD3681ME,分別是4通道16位250MSPS ADC和8通道16位125MSPS ADC。

兩款產品具有多通道、低功耗、高速串行數據輸出(最高6.4Gbps)等特點,可滿足醫療成像、高速成像、無線電接收機以及便攜設備等應用領域需求。

其中,GAD3642ME采樣率最高可達250MSPS,采用JESD204B高速串口輸出(最高6.4Gbps),使用時間交織結構,專門針對低功耗(支持獨立關閉內部各通道功能)、小尺寸和使用靈活性設計開發。GAD3681ME采樣率最高可達125MSPS,采用JESD204B高速串口輸出(最高6.4Gbps),專門針對低功耗(支持獨立關閉內部各通道功能)、小尺寸和使用靈活性設計開發。

7.上海貝嶺

上海貝嶺(600171)成立于1988年,是集成電路設計企業,提供模擬和數?;旌霞呻娐芳跋到y解決方案。公司專注于集成電路芯片設計和產品應用開發,是國內集成電路產品主要供應商之一。重點發展消費類和工控類兩大產品板塊業務,公司集成電路產品業務細分為電源管理、智能計量及 SoC、非揮發存儲器、功率器件和高速高精度 ADC 等 5 大產品領域,主要目標市場為電表、手機、液晶電視及平板顯示、機頂盒等各類工業及消費電子產品。

從貝嶺官網中可以看出貝嶺主要生產14Bit與16Bit的ADC芯片,主要用于電量采集,常用的型號有:

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高速模數轉換器(高速ADC),該系列產品包括雙通道高中頻ADC (80MSPS -125MSPS)、四通道高頻ADC(125MSPS)。

8. 芯海科技

芯海科技(688595)成立于2003年9月,專注于高精度ADC、高可靠性MCU、測量算法以及AIOT整體解決方案的研發設計。公司2020年營收3.628億,凈利潤9034.53萬;2019年營收2.584億,凈利潤4295.61萬。

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圖片來源:芯??萍?020年報

目前在ADC方面的產品僅有高精度ADC,9款產品。

  • 多款產品初次發布時間在2014年,并于2018年進行修正,對其中相關指標進行校正設計;
  • 標稱分辨率為24bit,實際使用有效分辨率在19.5-22bit變動;
  • 對應采樣率最高僅為1.28K SPS(與SPS相同)

總體性能與ADI、TI、MAXIM相差幾個數量級,從發展代數來看,相當于2-3代之前的產品。

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9.芯佰微

成立于2014年,目前已達3大類100余款,已經研發的主要產品為放大器、接口電路、電源管理,時間數字轉換器、DAC數模轉換、ADC模數轉換等。產品廣泛應用于手持移動終端、消費類電子產品、個人電腦及周邊,網絡、電信設備、醫療設備、辦公設備、汽車電子及工業控制設備等領域。

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五、關于ADC行業的幾點看法

  1. ADC屬于模擬芯片中的一類,模擬芯片相對于數字芯片設計難度更大,對于研發人員技術能力要求要更高。模擬芯片一類的平均學習成長時間是數字芯片的3-5倍,需要非常扎實的學科基礎,相較于數字芯片來說,對于工具的依賴較小。因此這是一個技術人才優先的領域,技術團隊中如果缺少經驗豐富的研發力量,對于公司的產品研發將會造成嚴重的滯后、成本增加甚至是白白投入;
  2. 相對于數字芯片追求摩爾定律極限的加工工藝(追求5-7nm的先進工藝),模擬芯片的制程一般采用0.18um、0.13um,以及28nm的工藝。成熟的工藝有助于提高產品良率,同時在客戶端更愿意使用成熟的工藝。新的工藝需要經過長時間的工程驗證、使用反饋迭代才能夠很好的進入市場;
  3. ADC屬于基礎的、核心的、關鍵的元器件級芯片,對于性能的要求是應用的首要原則。雖然各個廠家都會有各種不同性能的產品,但是在對應的使用領域中,性能的絕對優勢對市場的占據會起到決定性的因素。這里面包括了一些基本的性能參數、尺寸、功耗等等。因此,能夠通過技術領先做到產品突破的公司,將會贏得差異化的競爭,在推廣市場的時候也會有很大的優勢;
  4. 國內外企業之間差距巨大:國外企業起步時間早、技術能力強,加上國外企業在IDM模式中能夠很好的做好技術迭代、成本控制,早期形成了很高的護城河,占據了國內大部分的市場;國內企業起步時間晚,但是在大環境的影響下也有很多企業逐步走入市場的視野,通過政策利好、人員積累不斷追趕著。總體來說,在中低端產品方向目前國內與國外企業的產品至少相差了2-3代,在高端市場的差距更大。
  5. 從市場占比方向來看,目前國外三巨頭TI、ADI、MAXIM占了90%的市場,高端市場國內企業幾乎找不到影子。在國產替代的大背景下,國內的ADC市場空間巨大。
  6. 中低端切入,逐步過渡到高端:國內企業需要從難度較小,國產替代容易,客戶接受度大的中低端市場切入,做好技術、資金的雙重積累,實現企業自身研發力量、研發資金的滾動迭代升級,再朝向高端市場逐步邁入。如果一開始來進入高端市場,將會直接與三巨頭面對面競爭,從技術、市場、客戶應用等方向會有非常大的難度;
  7. 國家引導,資金持續助力:想要突破國外ADC的壟斷限制,需要不斷的政策引導、資金注入。ADC一定是一個需要不斷升級、迭代才能夠做到突破的,這個過程需要大量資金的投入用來維持企業投入研發力量。
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