NS使CTSD走出實驗室 引領(lǐng)ADC技術(shù)革新

      “15年來，CTSD技術(shù)一直是高校與業(yè)內(nèi)的熱門研究課題。采用連續(xù)時間 sigma-delta (CTSD) 技術(shù)的高速模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器（ADC）ADC12EU050芯片的推出意味著美國國家半導(dǎo)體(NS)成為首家成功將CTSD技術(shù)從實驗室轉(zhuǎn)移到實際生產(chǎn)應(yīng)用領(lǐng)域的芯片廠商。美國國家半導(dǎo)體還計劃推出更多采用CTSD技術(shù)的模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器產(chǎn)品，讓成像系統(tǒng)、通信設(shè)備以及測試和測量儀表等電子產(chǎn)品能夠以極低的功率發(fā)揮卓越的動態(tài)性能。” 美國國家半導(dǎo)體亞太區(qū)放大器產(chǎn)品市場經(jīng)理龔銘潭充滿信心地對《電子產(chǎn)品世界》記者表示。

美國國家半導(dǎo)體亞太區(qū)放大器產(chǎn)品市場經(jīng)理龔銘潭

        龔經(jīng)理介紹說，這款8通道、12位、50MSPS的ADC12EU050模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器屬于美國國家半導(dǎo)體PowerWise高能效芯片系列產(chǎn)品。該產(chǎn)品的無混疊信號采樣帶寬達25MHz，并且功耗只有350mW，比原有的流水線型ADC的功耗降低了30%。這款芯片在低功率技術(shù)上取得新的突破，將延長便攜式超聲波醫(yī)療設(shè)備及工業(yè)用成像系統(tǒng)中電池的壽命，并降低設(shè)備的散熱量。CTSD的優(yōu)點在于不但可以添加信號調(diào)節(jié)等信號路徑功能，而且可為模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器增添濾除混疊信號的濾波功能，大幅精簡系統(tǒng)設(shè)計。ADC12EU050芯片的創(chuàng)新CTSD架構(gòu)相比于傳統(tǒng)的流水線架構(gòu)有如下的優(yōu)勢：
        •更低功耗。

        •集成濾除混疊信號的低通、磚墻式濾波器，可將頻帶外的信號濾除。

        •易于驅(qū)動，采用純電阻式輸入級，無需外加采樣及保持放大器。

        •集成鎖相環(huán)路（PLL）和壓控振蕩器（VCO），可以執(zhí)行時鐘調(diào)節(jié)功能，讓系統(tǒng)設(shè)計工程師可以采用成本經(jīng)濟的時鐘電路。 

        •芯片內(nèi)置實時超載恢復(fù)(IOR)電路。即使輸入信號超過預(yù)設(shè)極限，也可在一個時鐘周期內(nèi)從飽和狀態(tài)下恢復(fù)過來。

        對于《電子產(chǎn)品世界》記者提出的，CTSD技術(shù)的先進性如此之多，緣何15年來一直沒能走出實驗室為市場服務(wù)呢？對此，龔經(jīng)理解釋說，CTSD是一項較為復(fù)雜的技術(shù)，因此由研發(fā)至正式投入生產(chǎn)需要較長的時間。CTSD要面對現(xiàn)有技術(shù)如流水線技術(shù)的競爭，因此這種新技術(shù)必須在功能與特色方面都比現(xiàn)有技術(shù)優(yōu)勝，才能受客戶歡迎。早在上一世紀90年代初至90年代中期為止，采用CTSD技術(shù)的模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器只能支持低速的產(chǎn)品，例如數(shù)字音頻系統(tǒng)。直至幾年前，帶寬高達10MHz以上的模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器才正式面世：例如，15MHz的型號在 2003年推出，而20MHz的型號則在2006年推出。設(shè)計CTSD技術(shù)時要面對的挑戰(zhàn)：
        •內(nèi)置調(diào)制環(huán)路的采樣時鐘速率較高，因此需要低抖動采樣邊緣的配合。由于美國國家半導(dǎo)體成功開發(fā)創(chuàng)新的電感式LC儲能電路，因此可以提供如此低抖動的采樣邊緣。此外，內(nèi)置的時鐘調(diào)整電路可為高性能數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換系統(tǒng)提供必要的低抖動時鐘信號。
        •必須充分利用最先進的CMOS工藝技術(shù)，才可降低設(shè)計復(fù)雜的多級數(shù)字濾波器的生產(chǎn)成本，以及支持較高的內(nèi)部采樣率，確保輸出采樣率可以進一步提高。
        •為了可以提高數(shù)據(jù)輸出率以及支持較高的分辨度，必須采用高速、可調(diào)諧、而且在任何情況下都能穩(wěn)定操作的多級SD調(diào)制器。
        •雖然采用CTSD技術(shù)之后，放大器的技術(shù)要求便無需那么嚴格，但結(jié)構(gòu)上仍需采用其他高精度電路。對于線路幼小、供電電壓較低的CMOS工藝來說，面對的挑戰(zhàn)會更為艱巨。
        同時，龔經(jīng)理還向《電子產(chǎn)品世界》記者透露， NS公司能率先將CTSD技術(shù)應(yīng)用到生產(chǎn)方面，推出CTSD ADC，源于對Xignal Technologies的收購。Xignal Technologies 公司一直在研究如何將CTSD技術(shù)應(yīng)用到生產(chǎn)方面。這種技術(shù)的發(fā)展契機則在2007年1月，當(dāng)時美國國家半導(dǎo)體成功并購該公司，并決定繼續(xù)加強這方面的研究。之后，美國國家半導(dǎo)體便充分利用先進的集成電路設(shè)計、產(chǎn)品開發(fā)、測試和生產(chǎn)工藝等技術(shù)，終于在不足12個月內(nèi)成功推出第一款可正常操作的硅片。
        ADC12EU050模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器可以提供高達25MHz的無混疊信號采樣帶寬，轉(zhuǎn)換速度為40MSPS至50MSPS，信噪比及失真(SINAD)為68dB，信噪比為70dBFS。若以1.2V的供電電壓及50MSPS的采樣速度操作，這款芯片的單位通道的功耗為44mW，總功耗只有350mW?？删幊檀休敵鼍哂袠I(yè)界標(biāo)準低電壓差分信號傳輸(LVDS)和可調(diào)節(jié)低電壓信號傳輸(SLVS)兩種模式可供選擇。由于ADC12EU050采用可編程串行輸出模式，可以大大簡化互連設(shè)計。ADC12EU050芯片采用68引腳的 LLP 封裝，大小只有10mm x 10mm，而且可在攝氏-40至85 度的溫度范圍內(nèi)操作。目前已有樣品供應(yīng)，并定于2008年第3季開始批量供貨，采購以1,000顆為單位，單顆價為64美元。

        當(dāng)記者問及，CTSD ADC 雖然具有諸多優(yōu)點，但在價格方面相比流水線ADC而言，是否具有優(yōu)勢呢？NS公司對此回答說，市場上剛剛發(fā)布的流水線ADC ，定價在 $61~$68。而NS的ADC12EU050定價為 $64。而且因為采用了全新的CTSD架構(gòu)，速度更高，功耗比原有流水線產(chǎn)品低30% 。因此，NS的CTSD ADC芯片其實更具優(yōu)勢。

        龔經(jīng)理充滿信心地預(yù)期，基于CTSD的諸多技術(shù)優(yōu)勢，隨著CTSD技術(shù)的發(fā)展，未來CTSD ADC將取代流水線ADC占領(lǐng)市場，廣泛應(yīng)用于醫(yī)療設(shè)備及工業(yè)用成像系統(tǒng)、測試測量、無線通信等系統(tǒng)中。