數據轉換器的市場與技術動向

摘要：通過采訪ADI、TI和凌力爾特，探討了數模轉換器的技術和市場趨勢。

關鍵詞：數據轉換器；ADC；DAC；市場

DOI: 10.3969/j.issn.1005-5517.2012.5.005

數據轉換器的市場趨勢

在整個信號鏈中，數據轉換器占有舉足輕重的位置(圖1)。因此，數據轉換器市場增長迅速(圖2)。據2001年4月Databeans統計，ADI占據全球數據轉換器市場份額的47.5%(圖3)。

不過，數據轉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新。這是由于數據轉換器的應用十分廣泛，各種應用對數據轉換器的性能需求不同。概括地，數據轉換器的開發趨勢分為四大方向(圖4)。

從廠商角度來看具體趨勢如下。

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

當今社會數字化程度越來越高，這對轉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)是轉換器非常巨大的一個潛在市場。另外，醫療影像，汽車娛樂/安全市場也是轉換器的巨大潛在市場。

TI公司認為，數據轉換器的發展趨勢是高速度、高精確、高集成、更低功率和更小體積。

工業領域的數據轉換器主要應用在數字感應裝置如電機控制、PLC(可編程邏輯控制器)市場等。這些領域對數據轉換器的主要要求是高性能、低漂移、低失調。TI SVA(注：Silicon Valley Analog，是NS現在在TI的命名)推出的產品LMP90100，內部集成有校準刻度，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據轉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產品能夠在低至1.2W的功率下運行。

醫療領域，像ECG(心電圖)、超聲、脈沖血氧計，這些高性能產品都在向便攜式方向發展。要求在性能與功耗上高度結合，兩者都很重要。

上述市場增長都非常迅速，同樣情況也發生在通訊市場。網絡在要求更高的容量，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據。TI的產品可以使功放提高20%～50%的效率，因此運行更加快速，同時降低通訊系統的安裝成本。高性能數據轉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以上情況。發動機里的感應器讓發動機運轉得更快，這樣能產生更高的性能。在車載娛樂方面，出現了音頻觸屏控制器。一些西歐國家還開發出新裝置，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，很多汽車電子產品需要數據轉換器，也是一個有巨大成長機會的市場。

通過采用新的封裝技術和新的工藝，TI一直在推動數據轉換器市場的進步并保持創新，TI將繼續研發高速、雙極性工藝，以提供具有更高速度和更寬帶寬的產品，并繼續完善高精度工藝，為工業應用提供一流的高性能轉換器。

凌力爾特公司混合信號產品部產品市場經理Alison Steer稱，在大多數數據轉換器應用中，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目) 及增添信號調節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，具有串行接口的數據轉換器 (可減少FPGA、ASIC或微控制器的引腳數)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省。

對于精準型應用來說，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品的顯著特征。這一點并不是可以通過產品手冊中提供的規格參數來評估的。

凌力爾特高度專注于滿足工業/醫療、汽車和通信市場上對于數據轉換器應用的高性能要求。除了可提供訂貨至交貨時間簡短的穩定供應鏈并奉行嚴格的器件不停產政策之外，凌力爾特的產品線還提供了經全面測試且有保證的技術規格，旨在確保客戶收到的產品均達到產品手冊中宣稱的性能指標，以提升客戶的生產良率。

技術趨勢：高性能、易用

功率預算限制是工程師經常面臨的一個設計瓶頸，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算。較長的采集時間允許使用速度較慢和功率較低的 ADC驅動器。對于高速ADC而言，關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動器功率，同時導致信號鏈路中的噪聲增加。

在選擇合適數據轉換器的過程中，決策的依據不應僅憑產品手冊中典型性能指標的比較。工程師應當檢查哪些參數是在整個溫度范圍內得到保證的，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中引發問題。雖然得到全面保證的規格指標會由于使用額外的測試設備而造成成本增加，但如果產品最終未能按設計的那樣運作，那么帶來的麻煩會糟糕得多。此外，假如只是直接對比產品手冊中的規格參數，則諸如信號鏈路總功耗等優勢是無法輕易體現出來的。

凌力爾特的Alison稱該公司擁有一支技術高超的應用工程師隊伍，可幫助客戶了解怎樣優化其設計中的組件以實現最佳的性能，并審查電路板布局以最大限度地加快產品的上市進程。其所有的數據轉換器都利用一個演示系統給予支持，該系統可演示用于實現最高性能設計的正確布局和輸入匹配。免費、易用且功能強大的PScope 數據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，轉換器發展到今天已經比較成熟，各個廠家都在朝著更高精度、更快速度、更小體積、更可靠、更節能、更低價格的方向發展。但是就目前轉換器結構來看，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構上引入更多內部器件并提高功耗。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換器抗干擾能力，減小穩定性。所以，ADI認為轉換器的發展應該是結構與工藝的共同發展。甚至今后會出現電子真空管向半導體轉換的這樣革命性的工藝轉變。ADI每年在轉換器的開發上都會投入巨資，不斷從設計理念、結構和工藝上下功夫，并且已經取得了世界領先的多項設計專利。

在能源管理和分配這樣的新興市場中，隨著風能、太陽能、電力線通訊以及廣泛的基礎設施的發展和建設，數據轉換器要求具有更高的吞吐率，在提高數據傳輸速率的同時，還要具有低功耗和低運營成本。

部分企業的產品策略

TI ：設計對的產品

應用范圍廣，例如針對醫療電子、消費電子、汽車電子、工業應用、通訊市場都有相應的產品推出。但是不同的應用對數據轉換器在速度、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。例如微型基站里的通訊系統，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不強調做出可以解決全部系統問題的芯片，而是更愿意通過與客戶的溝通，憑借強大的銷售隊伍和應用團隊來設計對的產品，投資在獨特的產品上，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

礎設施，工業自動化及工業儀表，汽車電子及醫療電子等領域。

在通訊基礎設施方面，應用需要均衡考慮系統成本性能、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轉換器而不需要DDC功能，ADI推出了采樣速率最高達250MSPS的14位模數轉換器AD9643。

在工業自動化和工業儀表方面，更需要數據轉換器產品有更高的性能。例如，歐洲核子研究中心用來測量CERN大型強子對撞機內超導磁體的磁場的儀器采用了18位的ADI模數轉換器AD7634，在最大采樣速率670 kSps時具有優異的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、惡劣的運行環境以及成本壓力，需要更具針對性的數據轉換器。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，系統功耗足夠低，以及更好的熱特性。因此，數據轉換器與信號調理電路集成的解決方案將持續獲得業界歡迎。

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專長的三個領域中推出了多款產品。

2011 年，推出了兩個逐次逼近寄存器 (SAR) ADC 系列，它們為設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用。

LTC2369 偽差分 ADC 系列是繼全差分 LTC2379 之后推出的產品系列。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動進行配置的靈活模擬輸入。

在高速 ADC 產品線中，凌力爾特發布了面向通信、醫療、工業和手持式測試與測量應用的極低功率、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動器、無源濾波和旁路電容。集成型μModule轉換器可大幅縮減各種高通道數應用 (比如：醫療成像系統和 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、醫療、汽車和通信應用，且出口到中國不受任何限制。對于高性能的通信和成像應用，LTC2201 16 位 20MSPS ADC可實現 81.6dB SNR 和高超的100dB SFDR。

近期發布了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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