我們處在一個數字時代，而我們的視覺、聽覺、感覺、嗅覺等所感知的卻是一個模擬世界。如何將數字世界與模擬世界聯系在一起，正是模擬數字轉換器(ADC)和數字模擬轉換器(DAC)大顯身手之處。任何一個信號鏈系統，都需要傳感器來探測來自模擬世界的電壓、電流、溫度、壓力等信號。這些傳感器探測到的信號量被送到放大器中進行放大，然后通過ADC把模擬信號轉化為數字信號，經過處理器、DSP或FPGA信號處理后，再經由DAC還原為模擬信號。所以ADC和DAC在信號鏈的框架中起著橋梁的作用，即模擬世界與數字世界的一個接口。

隨著國家對集成電路產業的重視，近年來中國的芯片產業發展迅速，也出現了華為、紫光、中星微等具有一定知名度的芯片企業。但以目前的發展現狀，中國芯片技術離歐美等企業仍有差距，而這個差距在ADC芯片上表現得尤為顯著。

目前ADC芯片主要的供應商是德州儀器、亞德諾等公司，中國是全球最主要的ADC芯片需求方，但是國內能造出高精度的ADC芯片企業微乎其微，即便造出來了，性能和價格也無法跟上市場的節奏。可以這么說，在核心的ADC芯片供給率上，國產占有率幾乎為零。

芯片有幾千種，ADC芯片就是最難造的幾種之一

ADC也叫模數轉換器，是指將連續變化的模擬信號轉換為離散的數字信號的器件。真實世界的模擬信號，例如溫度、壓力、聲音或者圖像等，需要轉換成更容易儲存、處理和發射的數字形式。模/數轉換器可以實現這個功能，在各種不同的產品中都可以找到它的身影，在實際應用中，為了實現微型化，通常做成ADC芯片。

造芯片是非常精密的工藝，通常芯片單位為納米，一納米也就是十萬分之一毫米，這對設計、制造工藝都有非常嚴格、高標準的要求。僅從產品種類來說，芯片的種類就有幾十種大門類，上千種小門類，如果涉及設備流程的話就更多了。

以通信基站為例，里面有上百顆芯片，基站發射回收信號，收回信號后首先要有芯片濾波；然后還有芯片將這種特別小的信號放大；再有芯片進行解析、處理；然后是芯片負責傳輸、分發等等，每個過程都需要芯片處理。

ADC芯片市場的重要性和前景

由于系統的實際對象往往都是一些溫度、壓力、位移、圖像等模擬信號，要使計算機或數字產品等能識別、處理這些信號，必須首先將這些模擬信號轉換成數字信號，這就需要ADC。而經計算機分析、處理后輸出的數字量也往往需要將其轉換為相應模擬信號才能為執行機構所接受。

據相關數據顯示，2017年ADC芯片銷售額為545億美元，預計到2022年，全球ADC芯片市場規模可達748億美元，市場前景非常可觀。未來幾年支撐ADC芯片增長的主要驅動力是5G、人工智能、物聯網、汽車電子等新興應用，這些相關的產品或技術對信號處理的需求大漲。

作為一名普通的工程師，曾經無數次這樣問自己，既然ADC芯片這么重要，為什么中國不去加大研發，讓中國的產品用上屬于自己的ADC芯片呢？直到后面工作了幾年，才真正明白，造芯片可不是靠“豪言壯語”就可以的，造芯片難，造ADC芯片難上加難。業界有人曾表示，如果把造普通芯片比作造飛機，那么造ADC芯片就是造航母，難度甚大。

ADC芯片國產化為什么這么難？

高精度的ADC芯片難造：目前幾乎一半的電子產品中，都有ADC芯片，隨著客戶對電子產品信號要求越來越高，高精度的ADC芯片成市場剛需。全球能生產出高性價比的高精度的ADC芯片的企業不到十家，而又以美國企業為主。一款好的ADC芯片體現在高精度、低功耗、轉換效率等指標上，目前制造ADC芯片的溫度傳感器和高精度振蕩器非常緊缺，這也是國內企業的一大痛點。

除此之外，隨著全球微型化工藝的進步，ADC芯片在尺寸上越來越小；同時客戶對芯片的耐操性逐漸提升，這要求芯片在選型上更加精確，這給芯片的通道選擇、PGA選擇、輸出速率等選擇上增加了很大的難度，對于初創企業而言，進軍ADC芯片就是一個不斷挑戰的“巨坑”。

ADC芯片產業更新換代快：芯片產業遵循摩爾定律，集成電路上可容納的元器件的數目，約每隔18-24個月便會增加一倍，性能也將提升一倍，也就是每一美元所能買到的電腦性能，將每隔18-24個月增加一倍。ADC芯片產業比普通的芯片更新迭代更快。據悉，全球ADC芯片行業大致以4-6年為一個周期，更新的速度與宏觀經濟、下游應用需求及自身產能庫存等因素密切相關，電子產品更新快，那么ADC芯片性能必然也快。

ADC芯片生產工序多：芯片制造本來涉及的工藝多，幾千道工序想想就可怕。ADC芯片相對于普通芯片，生產的工序非常復雜。ADC芯片一般包含操作寄存器、中斷寄存器、轉換存儲控制器，在工藝制造過程中，ADC芯片有一個步驟需要消除ADC發泡劑工序產生的酸霧和雜質，這樣才能保住轉換信號的精度，在制造上，對機器和環境的要求頗高。

綜述：中國有著全球最大的電子應用市場，這幾年物聯網、AI、大數據、云計算等發展非常快，ADC芯片在中國大有可為。ADC芯片不同于普通的芯片產業，有著自己的特點，下游應用廣泛但生產技術工序多、產品種類多；技術更新換代快企業投資高風險大；產業鏈集成化、垂直度高等。不管有什么難度，我們已經看到了中國造ADC芯片的決心和行動。

雖然中國目前仍無法造出高精度的ADC芯片，但隨著國家和企業的重視，已經出現了中科院微電子所、上海貝嶺等ADC企業，它們已經能造出小批量的ADC芯片，在不久的未來，中國一定能造出屬于自己的ADC芯片。

擴展閱讀：模擬數字轉換器的基本原理

信號鏈系統概要

一個信號鏈系統主要由模數轉換器ADC、采樣與保持電路和數模轉換器DAC組成，見圖1。DAC，簡單來講就是數字信號輸入，模擬信號輸出，即它是一種把數字信號轉變為模擬信號的器件。以理想的4 bit DAC為例，其輸入有bit0 到bit3，其組合方式有16種。使用R-2R梯形電阻的4bit DAC在假定Vbit0到Vbit3都等于1V時，R-2R間的四個抽頭電壓有四種，分別為V1到V4。

采樣保持電路也叫取樣保持電路，它的定義是指將一個電壓信號從模擬轉換成數字信號時需要保持穩定性直到完成轉換工作。它有兩個階段，一個是zero phase，一個是compare phase。采樣保持電路的比較器通常要求其offset比較小，這樣才能使ADC的精度更好。通常在比較器的后面需要放置一個鎖存器，其目的是為了保持穩定性。

在采樣電壓快速變化時，需要用到具有FET開關的采樣與保持電路。當FET開關導通時，輸入電壓保存在某個位置如C1中，當開關關斷時，電壓仍保持在該位置中進行鎖存，直到下一個采樣脈沖的到來。ADC與DAC在功用上正好相反，它是模擬信號輸入，數字信號輸出，是一個混合信號器件。

模數轉換器ADC

ADC按結構分有很多種，按其采樣速度和精度可分為：

多比較器快速（Flash）ADC；

數字躍升式（Digital Ramp）ADC；

逐次逼近ADC；

管道ADC；

Sigma-Delta ADC。

任何一種ADC的輸出都等于2的N次方乘以它的增益（輸入信號），再除以它的參考電壓。

每一種類型的ADC都各具特性，下面重點介紹前三種類型。

由圖2可以看出，不同的ADC有著不同的特性，對于Sigma-Delta ADC來講，其分辨率可以達到24bit以上，但其采樣速率比較低。逐次逼近型ADC比較適應于中等采樣率、分辨率在16bit以下的應用。管道ADC主要用于高采樣率的應用，其分辨率則在16bit以下。多比較器ADC也是一種高速ADC，但因為其體積和功耗較大、分辨率較低，目前應用中很少使用它。

多比較器（Flash）ADC中用到的比較器很多，如一個8位的ADC就需要255個比較器。該類產品采樣速率確實很高，但因為多個比較器的存在，其功耗很大，而且管芯也較大。ADC0820、ADC1175等產品都是這種類型的ADC。

數字躍升式ADC是用連續搜索的方法獲得編碼，因為速率太慢、效率太低，因此很少使用。

逐次逼近型ADC在逐次逼近的方法上分為兩種，以3比特采樣為例，它首先將基準電壓分為7個比較電壓，使輸入信號同時與這7個電壓進行比較，最接近的比較電壓是表示數值；第二種是將輸入電壓逐次接近電壓的二分之一、四分之一、八分之一等，順序產生比較后的數字信號。因為變換過程是將輸入信號與基準信號比較，所以，基準電壓必需是穩定準確的。輸入信號的最高電平應保持穩定，充分利用變換器達到高的分辨率。對于任何逐次逼近ADC，都有5個組成部分：第一部分是DAC，其中含有一個算術邏輯測試單元，會比較DAC的輸出和模擬信號的輸入，直到兩者接近；第二部分是輸出寄存器；第三部分是比較器，逐次逼近ADC僅含有一個比較器，所以功耗和管芯尺寸都比較小；第四部分是邏輯電路；第五部分是時鐘。有一個要求是：DAC的精度一定要高于ADC。逐次逼近型ADC因其功耗小、成本低、尺寸小以及性能等方面的優點，成為了目前市場上最具成本效益的ADC，也是最常見的ADC。

逐次逼近ADC的工作原理是它首先得到最高的有效位，然后是第二個最高有效位，直到得到最后一個。ADCV08832是一個低功耗版本的器件，它的操作電壓較低。

ADC的若干應用

第一個實際應用的例子，是使用溫度傳感器LM19、ADC變換器來讀取溫度，通過USB接口送入筆記本電腦，見圖3。其演示板將很快提供。

第二個應用是遠程按鍵檢測，它是用ADC感測很多個按鍵的輸入，然后只有一路產生輸出，這樣可以節省很多個GPIO接口，實現起來非常方便，比如應用在MP3上等，見圖4。

第三個應用是電池放電。目前的手機無法看到電池還能支撐多少時間，沒有一個量化的概念。利用一個ADC便可以實現讓用戶知道手機電池還能支持多長的通話時間。應用例子如諾基亞8250，見圖5。其演示板已可以提供。