模擬半導(dǎo)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(guó)開(kāi)始研究需要用無(wú)線的方式將電能傳輸?shù)降厍虻目罩刑?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(lì)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?zhèn)鱽?lái)的信息來(lái)看，今年的半導(dǎo)體市場(chǎng)不怎么樂(lè)觀，但很多公司和預(yù)測(cè)機(jī)構(gòu)卻調(diào)高了對(duì)模擬半導(dǎo)體的預(yù)期，認(rèn)為今年的模擬IC將會(huì)獲得不俗的發(fā)展。這些趨勢(shì)似乎從大型IC廠商的行動(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(shì)，ADI出售數(shù)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(qū)動(dòng)、衰減、濾波等的信號(hào)調(diào)理產(chǎn)品，實(shí)現(xiàn)各種信號(hào)轉(zhuǎn)換(包括接口轉(zhuǎn)換)的轉(zhuǎn)換產(chǎn)品，作為各類時(shí)基基礎(chǔ)的頻率源相關(guān)的產(chǎn)品，實(shí)現(xiàn)模擬世界各種參量采集的傳感器產(chǎn)品，還有一大類就是無(wú)處不在的電源|穩(wěn)壓器及功率管理產(chǎn)品。

　　那么，為什么各機(jī)構(gòu)對(duì)今年模擬半導(dǎo)體的發(fā)展有較好的預(yù)期呢？其主要依據(jù)是對(duì)今年各種平板電視和顯示器，GPS以及手機(jī)電視的市場(chǎng)需求有較好的預(yù)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(shì)呢？

　　信號(hào)調(diào)理產(chǎn)品的速度更快，功耗更低

　　籠統(tǒng)地講，可以把運(yùn)算放大器和ADC都?xì)w入到信號(hào)調(diào)理的范疇。美國(guó)國(guó)家半導(dǎo)體公司全球營(yíng)銷副總裁JeffWaters認(rèn)為，今年，工程師或設(shè)計(jì)師對(duì)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(yùn)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(xiàn)有器件高4倍。應(yīng)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(bǔ)充說(shuō)明如此認(rèn)為的依據(jù)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(fù)合增長(zhǎng)率可以達(dá)到18%，主要集中在Wimax和3G/4G手機(jī)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(fù)合增長(zhǎng)率將連續(xù)5年不低于10%的汽車電子領(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(jù)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(xù)邁進(jìn)。JeffWaters認(rèn)為，能量的充分利用將不僅是自身的事情，更深遠(yuǎn)的意義在于它將對(duì)設(shè)計(jì)決策帶來(lái)的巨大影響，從而激勵(lì)出許多創(chuàng)新設(shè)計(jì)。“因此，新的一年里，人們將繼續(xù)關(guān)注能量效率和功率密度，更高效率的開(kāi)關(guān)調(diào)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(xiàn)。”為了加強(qiáng)他的判斷，這里他還給出了幾個(gè)具體數(shù)據(jù)。他認(rèn)為，今年，估計(jì)消費(fèi)電子類對(duì)高效率的開(kāi)關(guān)調(diào)整器的需求的復(fù)合增長(zhǎng)率將達(dá)到19%，而除了MP3、PMP、數(shù)碼相機(jī)和液晶電視外的其他一些便攜式產(chǎn)品的需求增長(zhǎng)將更高。“由于消費(fèi)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(tǒng)的思路，采用全新的方法，從整個(gè)系統(tǒng)層面上來(lái)全面考慮整個(gè)系統(tǒng)的功率預(yù)算和效率提升，為電源管理芯片增加更多地智能，從系統(tǒng)的各個(gè)方面來(lái)落實(shí)系統(tǒng)的能量利用效率?；谶@種局限，估計(jì)在新的一年中新的管理技術(shù)會(huì)不斷涌現(xiàn)。

　　實(shí)際上，各大模擬生產(chǎn)廠商目前已經(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(yīng)電壓調(diào)節(jié)(AVS)和閾值電壓調(diào)節(jié)等技術(shù)，將數(shù)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(tǒng)開(kāi)銷。“我們的PowerWise家族中的高效率器件種類目前已經(jīng)超過(guò)了400款，包括智能的自適應(yīng)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(jù)著領(lǐng)先地位。采用PowerWise家族中的低功率放大器和ADC，以及毫瓦級(jí)的千兆級(jí)數(shù)據(jù)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(tǒng)。”據(jù)了解，有機(jī)構(gòu)在使用和沒(méi)有使用PowerWise自適應(yīng)電壓調(diào)節(jié)技術(shù)的情況下，對(duì)采用Linux操作系統(tǒng)和常規(guī)MPEG4解碼軟件的ARM926系統(tǒng)芯片進(jìn)行評(píng)測(cè)。在上述兩種情況下，采用ARMIntelligentEnergyManager解決方案將處理器內(nèi)核頻率在60MHz至240MHz范圍內(nèi)調(diào)節(jié)。系統(tǒng)芯片采用TSMC130nm常規(guī)CMOS工藝，并利用標(biāo)準(zhǔn)單元設(shè)計(jì)流程和Synopsys設(shè)計(jì)五金|工具進(jìn)行設(shè)計(jì)。與采用相同硬件和軟件的系統(tǒng)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(qiáng)調(diào)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(rèn)為：通常，設(shè)計(jì)師在設(shè)計(jì)過(guò)程中，是以彼此獨(dú)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(tǒng)集成起來(lái)后，就會(huì)面臨許多系統(tǒng)級(jí)問(wèn)題。如熱插拔、系統(tǒng)過(guò)熱、負(fù)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(tǒng)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(yīng)用增長(zhǎng)很快，因?yàn)樗軌驖M足如今的手持設(shè)備***能集的不斷擴(kuò)展。目前，線性電池充電器也正在讓位于具有線性和開(kāi)關(guān)功率控制的充電器，這就像線性調(diào)節(jié)器讓位于開(kāi)關(guān)電源一樣。”另外，他還補(bǔ)充道：“該技術(shù)的核心優(yōu)勢(shì)是在改進(jìn)功率提供效率的同時(shí)，保持了線性電源通道的優(yōu)點(diǎn)。由于它沒(méi)有線性電池充電器的功率損失，這對(duì)于采用低電壓電池或者輸入功率受限(如USB)的應(yīng)用來(lái)說(shuō)非常關(guān)鍵。”

　　LED驅(qū)動(dòng)和MEMS技術(shù)亦有更好的表現(xiàn)

　　雖然MEMS并非新話題，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(xiàn)。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(wěn)定，且抗沖擊和振蕩的性能也是最好的，同時(shí)能夠?qū)崿F(xiàn)更高的品質(zhì)因數(shù)。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(shè)計(jì)中劃時(shí)代的突破，因?yàn)樵僖膊恍枰獠繌?fù)雜的振蕩器的設(shè)計(jì)。另外，還注意到，該技術(shù)從軍用向民用轉(zhuǎn)移的速度有所加快，特別是向手機(jī)這類消費(fèi)品的轉(zhuǎn)移。隨著手機(jī)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(zhǎng)奠定了基礎(chǔ)。

　　另外，JeffWaters還認(rèn)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(xù)發(fā)展，終將代替?zhèn)鹘y(tǒng)的照明，”他說(shuō)，“今年LED驅(qū)動(dòng)的發(fā)展目標(biāo)是實(shí)現(xiàn)從電源線上的直接驅(qū)動(dòng)，這將有利于從插座式的白熾燈向具有更長(zhǎng)使用壽命的高效率LED的轉(zhuǎn)變。”