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21世纪的模拟设计:挑战、工具以及IC进步

Steve Taranovich EDN特约技术编辑?? 2012年03月29日 ?? 收藏0

模拟电路设计者现在有更多的数据转换器选择,尤其是能够在视频、医疗与电力线通信应用中集成模拟前端。这些转换器拥有较以往更低功耗、更小体积,以及更低成本的Σ-Δ和流水线架构,能够在超出过去极限的新市场和应用得到实现。ADS1298就是这类器件的一个最佳范例,它主要面向医疗领域。

随着去年在数据转换器与模拟前端方面的进展,宽带过采样Σ-ΔADC将用于手机系统,能同时支持信号带宽高达10MHz的窄带和宽带通信。它们还将能够用于ADC与RF收发器整合的应用,如全集成的RF/宽带芯片。另一方面,流水线ADC转换器将用于仅支持宽带的应用,如PC棒和微微蜂窝基站,以及802.11n这类基带信号带宽大于10MHz的应用。它们亦可用于RF IC为外部器件的应用。

无线通信市场将是数据转换器性能、功率效率,以及计算集成化的一个主要推动力量。新兴的4G蜂窝网络以及要赶上无线视频传输爆炸性普及的需求,都使电路设计者手忙脚乱。同时,数据转换器制造商(如Analog Devices等)将开发出更快采样速率的产品,它们在更高即时频率下有更多可用带宽,使天线更靠近数据转换器,因此消除了昂贵而复杂的微波与RF元件。这种方案大大简化了模拟电路设计者开发新架构的工作,使他们能够跟上消费者的需求。

放大器

各家供应商正在开发能补偿ADC越来越高速度和带宽的放大器。例如,Intersil公司提供的ISL55210SiGe放大器具有针对高端数据采集的大动态范围。另外一种奇特的新放大器是用于量子计算(参考文献3)。量子计算机有潜力解决过去难以处理的问题。但是,在量子计算实用化道路上有一个巨大的障碍,这就是如何获取用于计算的微小量子信号。芬兰Aalto大学的一个小组建立了一种新型微波放大器,这一进展简化了观测工作。它采用了一种机械式谐振器,基本上就是一个纳米级的音叉。

MEMS

MEMS芯片已无处不在。它们告诉Wii控制器你正在挥舞自己的虚拟网球拍,告诉iPhone你正在摇晃手机。现在,它们正出现在预想不到的地方,包括雪镜和滑雪板(参考文献5)。意法半导体公司的MEMS集团用自己的三轴L3G4200D数字陀螺仪进入了这个市场。这种高集成度产品正在卸除模拟电路设计者的重负,帮他们通过串行总线连接各个传感器。

ASIC与ASSP

很多公司都有电源管理和模拟电路领域的专家,包括Cactus半导体公司,他们找到了医疗与便携系统市场中的产品价值。一个模拟电路设计者成真的梦想就是,创新让这种集成度成为可能(图3)。

图3,Cactus半导体公司的高集成度混合信号IC为电路设计者带来了新的设计概念。
图3,Cactus半导体公司的高集成度混合信号IC为电路设计者带来了新的设计概念。

Touchstone Semiconductor是2010年的一家新公司,它最初专注于销售针对其它制造商产品的直接替换部件,如Maxim Integrated Products公司和凌力尔特技术公司。最终,该公司将把已在开发中的专利产品推向市场。Touchstone公司首席执行官BrettFox表示,新开发产品中包括低功耗和低偏移的电流检测放大器。Fox称,这些产品面向现有的高端市场,使公司能够从客户那里获得收益与信赖。Touchstone用TSMC(台积电)作为代工厂,从而拥有了更多的灵活性和突出的性能,这通常是其它拥有最先进工艺半导体代工厂企业的特性。现在,Touchstone提供15种模拟IC,可替代部分Maxim系列产品。工程师可以用Touchstone替代器件代换Maxim的产品,以确保产品制造有稳定的供给,满足交货时间要求。模拟电路设计者向Touchstone和Maxim这样的创新公司寻求专用的高集成度ASIC和ASSP,以简化自己的设计工作。多种可用货源能帮助挑选一种设计的模拟器件。

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