模擬半導體今年不會(huì )“冷” 速度更快 功耗更低

　　最近有許多有關(guān)模擬方面的重大新聞，如美國開(kāi)始研究需要用無(wú)線(xiàn)的方式將電能傳輸到地球的空中太陽(yáng)能的開(kāi)發(fā)利用，還有MEMS振蕩器取得了突破性進(jìn)展等等，這些都激勵我關(guān)注新的一年中模擬產(chǎn)品的發(fā)展趨向。雖然從各個(gè)方面傳來(lái)的信息來(lái)看，今年的半導體市場(chǎng)不怎么樂(lè )觀(guān)，但很多公司和預測機構卻調高了對模擬半導體的預期，認為今年的模擬IC將會(huì )獲得不俗的發(fā)展。這些趨勢似乎從大型IC廠(chǎng)商的行動(dòng)中也能尋得一點(diǎn)蛛絲馬跡，如，TI在前不久加大在模擬領(lǐng)域的研發(fā)投入和宣傳攻勢，ADI出售數字業(yè)務(wù)，而將經(jīng)歷集中于其核心的模擬業(yè)務(wù)。

　　模擬所包括的范疇很廣，包括放大、比較、驅動(dòng)、衰減、濾波等的信號調理產(chǎn)品，實(shí)現各種信號轉換(包括接口轉換)的轉換產(chǎn)品，作為各類(lèi)時(shí)基基礎的頻率源相關(guān)的產(chǎn)品，實(shí)現模擬世界各種參量采集的傳感器產(chǎn)品，還有一大類(lèi)就是無(wú)處不在的電源|穩壓器及功率管理產(chǎn)品。

　　那么，為什么各機構對今年模擬半導體的發(fā)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(chǎng)需求有較好的預期。但在這些模擬產(chǎn)品領(lǐng)域，又會(huì )有什么樣的發(fā)展趨勢呢？

　　信號調理產(chǎn)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(yíng)銷(xiāo)副總裁JeffWaters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(huì )更加渴望。“今年市場(chǎng)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(shuō)，“另外，根本不需要功率的電纜均衡器也將是今年的熱點(diǎn)模擬產(chǎn)品。”他還補充說(shuō)明如此認為的依據是今年的帶有視頻功能的便攜產(chǎn)品將會(huì )有一個(gè)不俗的發(fā)展。除此之外，通信領(lǐng)域也會(huì )取得不俗的發(fā)展，復合增長(cháng)率可以達到18%，主要集中在Wimax和3G/4G手機領(lǐng)域，以及PoE供電方面。另外還有一個(gè)支持模擬產(chǎn)品有較好發(fā)展的領(lǐng)域是復合增長(cháng)率將連續5年不低于10%的汽車(chē)電子領(lǐng)域。

　　電源和相關(guān)管理產(chǎn)品效率更高，靈活度更高

　　基于無(wú)處不在的性質(zhì)，電源產(chǎn)品始終在模擬產(chǎn)品中一致占據重要的地位。也毫無(wú)疑問(wèn)，電源產(chǎn)品將一直向更高效率和更加智能的方向繼續邁進(jìn)。JeffWaters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(lái)的巨大影響，從而激勵出許多創(chuàng )新設計。“因此，新的一年里，人們將繼續關(guān)注能量效率和功率密度，更高效率的開(kāi)關(guān)調整器將會(huì )與其他降低總功耗和體積的各種新技術(shù)一道涌現。”為了加強他的判斷，這里他還給出了幾個(gè)具體數據。他認為，今年，估計消費電子類(lèi)對高效率的開(kāi)關(guān)調整器的需求的復合增長(cháng)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(chǎn)品的需求增長(cháng)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(chǎn)品，故能量效率和集成度是最為重要的，”他說(shuō)。

　　但從另一方面，必須看到，如今效率都已經(jīng)接近進(jìn)一步提高的極限。近幾年，各大電源芯片廠(chǎng)商都在致力于開(kāi)發(fā)提高能量利用效率的新技術(shù)，但僅僅依賴(lài)電源芯片自身來(lái)進(jìn)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(gè)系統層面上來(lái)全面考慮整個(gè)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(gè)方面來(lái)落實(shí)系統的能量利用效率?；谶@種局限，估計在新的一年中新的管理技術(shù)會(huì )不斷涌現。

　　實(shí)際上，各大模擬生產(chǎn)廠(chǎng)商目前已經(jīng)在開(kāi)始落實(shí)提升效率的思路改變。比如，NS最新推出了PowerWise系列產(chǎn)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(guān)的各種接口芯片。其核心思想就是通過(guò)整體的配套優(yōu)化，使能量利用效率進(jìn)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(shù)，將數字邏輯集成電路的工作和泄漏功耗自動(dòng)降至最低，同時(shí)保持最小的系統開(kāi)銷(xiāo)。“我們的PowerWise家族中的高效率器件種類(lèi)目前已經(jīng)超過(guò)了400款，包括智能的自適應能量管理器件，這些器件具有業(yè)界出色的性能功率比，”JeffWaters介紹道，“另外，NS是LVDS的發(fā)明者并且在低功率解決方案方面占據著(zhù)領(lǐng)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(méi)有使用PowerWise自適應電壓調節技術(shù)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(jìn)行評測。在上述兩種情況下，采用ARMIntelligentEnergyManager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TSMC130nm常規CMOS工藝，并利用標準單元設計流程和Synopsys設計五金|工具進(jìn)行設計。與采用相同硬件和軟件的系統相比，PowerWise技術(shù)可將處理器能耗降低70％。 

　　實(shí)際上，凌力爾特公司最新推出的PowerPath充電系列產(chǎn)品強調的也是這一點(diǎn)。該公司功率管理產(chǎn)品副總裁兼總經(jīng)理DonaldE.Paulus認為：通常，設計師在設計過(guò)程中，是以彼此獨立的方式來(lái)考慮各個(gè)放大器和其他元器件，可是到了系統集成起來(lái)后，就會(huì )面臨許多系統級問(wèn)題。如熱插拔、系統過(guò)熱、負載上的浪涌電流過(guò)大以及過(guò)大的沖擊電壓等。解決的理想辦法是統籌考慮。“開(kāi)關(guān)型PowerPath通道管理是電源通道管理技術(shù)的最新突破”，Donald介紹說(shuō)，“目前PowerPath的應用增長(cháng)很快，因為它能夠滿(mǎn)足如今的手持設備***能集的不斷擴展。目前，線(xiàn)性電池充電器也正在讓位于具有線(xiàn)性和開(kāi)關(guān)功率控制的充電器，這就像線(xiàn)性調節器讓位于開(kāi)關(guān)電源一樣。”另外，他還補充道：“該技術(shù)的核心優(yōu)勢是在改進(jìn)功率提供效率的同時(shí)，保持了線(xiàn)性電源通道的優(yōu)點(diǎn)。由于它沒(méi)有線(xiàn)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(lái)說(shuō)非常關(guān)鍵。”

　　LED驅動(dòng)和MEMS技術(shù)亦有更好的表現

　　雖然MEMS并非新話(huà)題，但該技術(shù)真正取得突破性進(jìn)展是在最近兩年，因而不少人士看好新的一年中該技術(shù)的表現。目前MEMS振蕩器已經(jīng)取得了突破性進(jìn)展，已經(jīng)成為同等價(jià)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(shí)能夠實(shí)現更高的品質(zhì)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(shí)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(shù)從軍用向民用轉移的速度有所加快，特別是向手機這類(lèi)消費品的轉移。隨著(zhù)手機里的MEMS麥克風(fēng)和加速度傳感器的采用的日益增加，還有汽車(chē)電子中傳感器用量的增加，都為該技術(shù)今明兩年的快速增長(cháng)奠定了基礎。

　　另外，JeffWaters還認為LED也是近年模擬產(chǎn)品發(fā)展的一個(gè)亮點(diǎn)。“LED將繼續發(fā)展，終將代替傳統的照明，”他說(shuō)，“今年LED驅動(dòng)的發(fā)展目標是實(shí)現從電源線(xiàn)上的直接驅動(dòng)，這將有利于從插座式的白熾燈向具有更長(cháng)使用壽命的高效率LED的轉變。”