本文來(lái)自微信公眾號(hào)“電子發(fā)燒友網(wǎng)”，作者/劉靜。
ADC是信號(hào)鏈中規(guī)模最大且技術(shù)難度最高的芯片之一，在我國(guó)半導(dǎo)體發(fā)展初期少有廠商入手研發(fā)這類芯片。而且在上世紀(jì)90年代，國(guó)外廠商便早早通過(guò)《瓦森納協(xié)定》限制精度超過(guò)8位且速度超過(guò)10Msps的高端ADC出口到中國(guó)。
ADC也稱為模數(shù)轉(zhuǎn)換器，主要功能是將自然界的溫度、壓力、聲音、圖像等模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成MCU、CPU或DSP可識(shí)別處理的數(shù)字信號(hào)。做好一顆ADC芯片，最關(guān)鍵的難度在于如何平衡采樣速率和轉(zhuǎn)換精度這兩大此消彼長(zhǎng)的參數(shù)。由此ADC芯片也主要分為高速高精度、低速高精度、高速低精度以及低速低精度四種類型。
ADC的應(yīng)用范圍非常廣，用量比較大的是軍工、通信、汽車、工業(yè)等領(lǐng)域?，F(xiàn)在通信領(lǐng)域的ADC需求增長(zhǎng)主要來(lái)自5G基站建設(shè)，而汽車領(lǐng)域則主要來(lái)自激光雷達(dá)、電池AFE等，這兩大主要應(yīng)用市場(chǎng)近年都在快速增長(zhǎng)，未來(lái)發(fā)展前景廣闊。根據(jù)Statista的數(shù)據(jù)，2022年全球ADC芯片市場(chǎng)規(guī)模約為29.3億美元，中國(guó)約占35%-40%左右，市場(chǎng)規(guī)模約在73億元到84億元之間。5年后國(guó)內(nèi)ADC芯片市場(chǎng)預(yù)計(jì)突破百億規(guī)模。
ADI一年推出十幾款A(yù)DC新品，TI持續(xù)突破精度、速度極限
ADC技術(shù)含量較高，市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)相對(duì)激烈。目前全球ADC市場(chǎng)主要被以美國(guó)公司TI、ADI為首的幾家國(guó)外大廠所壟斷，它們產(chǎn)品價(jià)格通常較高，供貨周期較長(zhǎng)。國(guó)內(nèi)中高端衡器早期使用的ADC芯片都是主要向ADI、TI采購(gòu)。國(guó)內(nèi)ADC芯片市場(chǎng)，ADI和TI兩家的產(chǎn)品吃掉約95%的份額，其中ADI一家就搶走56%的市場(chǎng)份額。
ADI最早在1978年推出了第一款利用Bipolar工藝實(shí)現(xiàn)的完整ADC芯片，這標(biāo)志著ADI開(kāi)始正式進(jìn)入ADC芯片領(lǐng)域。據(jù)了解，當(dāng)時(shí)這款產(chǎn)品主要是面向視頻處理應(yīng)用，采用了高速并行比較型結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。進(jìn)入二十世紀(jì)90年代后，無(wú)線通信設(shè)施逐漸普及，ADI順應(yīng)這一趨勢(shì)，推出了多款適用于無(wú)線通信領(lǐng)域的ADC芯片。之后，ADI的ADC芯片又拓展了汽車電子、測(cè)量測(cè)試設(shè)備以及工業(yè)自動(dòng)化等多個(gè)領(lǐng)域。在行業(yè)內(nèi)，ADI出貨規(guī)模較大的代表性產(chǎn)品有AD12401、AD7760、ADS5400和ADS1281等，這些ADC產(chǎn)品在轉(zhuǎn)換速度、轉(zhuǎn)換精度、信噪比、低功耗等關(guān)鍵指標(biāo)上都達(dá)到了行業(yè)領(lǐng)先水平。
ADI官網(wǎng)顯示，其在過(guò)去的2023一整年，新推出了13款A(yù)DC模數(shù)轉(zhuǎn)換器新品，包括8通道、4通道、集成PGA的24位ADC芯片ADFS7124-8、ADFS7124-4；16位/14位/12位的SAR ADC芯片AD7386-4、AD7388-4；偽差分輸入、四通道、4MSPS同步采樣的16位、14位SAR ADC芯片AD7383-4、AD7384-4等。從應(yīng)用領(lǐng)域方面，ADI的這些ADC新品主要應(yīng)用在測(cè)量、工業(yè)、儀器儀表、衛(wèi)星、航空、雷達(dá)、電機(jī)控制等領(lǐng)域，新品在功耗、性能和功能等方面都有新突破和創(chuàng)新。
而TI的ADC芯片產(chǎn)品主打工業(yè)、汽車、醫(yī)療和通信應(yīng)用市場(chǎng)。官網(wǎng)顯示，目前TI的ADC產(chǎn)品采樣速率最高為10.4Gsps（每秒104億次采樣）、分辨率最高32位。TI的代表性產(chǎn)品有ADS5400、ADS1281等。其中ADS1281是一款高精度ADC芯片，采用EA結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，具有高達(dá)31位的轉(zhuǎn)換精度和4Ksps的采樣速率，同時(shí)還具有優(yōu)異的噪聲和線性度性能，非常適用于精密測(cè)量和測(cè)試設(shè)備領(lǐng)域。
國(guó)產(chǎn)ADC芯片廠商奮起直追，2023年多家在汽車領(lǐng)域迎來(lái)新進(jìn)展
國(guó)內(nèi)ADC芯片玩家主要是科研院所和上市公司。其中科研院所主要有中電24所、中電55所、中電58所、中科院微電子所、吉芯科技等。科研院所主要是為研究軍工、航空領(lǐng)域的高精度高速ADC芯片服務(wù)，它們也是在瓦森納協(xié)定禁運(yùn)后研發(fā)高端ADC芯片的先驅(qū)。
而上市公司中，研發(fā)ADC芯片的企業(yè)主要有矽力杰、圣邦股份、納芯微、思瑞浦、芯?？萍?、晶華微、上海貝嶺、杰華特、臻鐳科技、智明達(dá)、振芯科技、成都華微等。還有一些初創(chuàng)的ADC芯片企業(yè)，比如智芯微、谷泰微、昆騰微、潤(rùn)石科技、領(lǐng)慧立芯、聚洵半導(dǎo)體、芯佰微、啟英芯等。
ADC芯片市場(chǎng)上存在國(guó)內(nèi)大部分企業(yè)偏向高速ADC芯片研發(fā)的問(wèn)題。這或許跟消費(fèi)電子等低端領(lǐng)域，對(duì)高速ADC芯片的需求較大、且研發(fā)難度較低有關(guān)。由于高精度ADC技術(shù)含量較高，國(guó)內(nèi)從事該領(lǐng)域設(shè)計(jì)的企業(yè)較少，主要有芯海科技、上海貝嶺等。
芯?？萍?/strong>
2007年，芯?？萍荚趪?guó)內(nèi)率先推出精度高達(dá)24位、有效位數(shù)21位的ADC芯片CS1242。2008年芯?？萍急汩_(kāi)始推出高精度ADC和MCU的SOC芯片CSU1200，創(chuàng)新性地把ADC和MCU集成在一起。在體重秤、體脂秤、溫度計(jì)等應(yīng)用領(lǐng)域，芯?？萍嫉腁DC產(chǎn)品大獲成功。
2011年，芯海科技推出了24位高精度ADC芯片CS1232，在有效位數(shù)上芯海進(jìn)一步提高至23.5位。2020年以來(lái)，芯?？萍祭矛F(xiàn)有的內(nèi)置高精度基準(zhǔn)源的高精度ADC芯片和MCU芯片，短時(shí)間內(nèi)又完成了包括紅外額溫槍的硬件、軟件和算法的開(kāi)發(fā)工作。
芯海科技官網(wǎng)顯示，目前高精度ADC約有15個(gè)料號(hào)，最高轉(zhuǎn)換精度為24位。2023年芯海科技重磅發(fā)布了一顆基于車規(guī)的SAR ADC新品CS1795X以及一顆面向工業(yè)、醫(yī)療和通信應(yīng)用的16位SAR ADC芯片。
據(jù)了解，芯?？萍夹乱淮囈?guī)級(jí)高速高精度SAR ADC已經(jīng)在2023年進(jìn)入內(nèi)部測(cè)試階段，并導(dǎo)入了頭部客戶進(jìn)行產(chǎn)品驗(yàn)證。車規(guī)級(jí)的高精度Sigma-Delta ADC芯片也已經(jīng)流片。中報(bào)顯示，2023年芯?？萍家餐度肷锨f(wàn)開(kāi)發(fā)工業(yè)PLC、電力自動(dòng)化、醫(yī)療等場(chǎng)景的高精度ADC產(chǎn)品。
上海貝嶺
上海貝嶺的信號(hào)鏈芯片業(yè)務(wù)主要以高速高精度ADC/DAC產(chǎn)品為主，其該業(yè)務(wù)收入規(guī)模比芯?？萍家?，2022年創(chuàng)造7.65億元銷售收入。上海貝嶺的高速高精度ADC大多用于高端工業(yè)、醫(yī)療整機(jī)領(lǐng)域。2019年，上海貝嶺的ADC產(chǎn)品進(jìn)入工業(yè)和醫(yī)療設(shè)備用的模擬前端產(chǎn)品領(lǐng)域，第一代和第二代ADC產(chǎn)品在北斗導(dǎo)航、信號(hào)接收、醫(yī)療成像等領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)小批量銷售。目前，上海貝嶺正進(jìn)行第三代ADC產(chǎn)品研發(fā)。
上海貝嶺高精度ADC產(chǎn)品在電力繼保行業(yè)占據(jù)國(guó)產(chǎn)品牌第一的市場(chǎng)份額。上海貝嶺表示，公司2023年高速ADC/DAC、高精度ADC/DAC新產(chǎn)品研發(fā)項(xiàng)目進(jìn)展順利。官網(wǎng)顯示，截至目前上海貝嶺高精度ADC有9個(gè)料號(hào)，最高精度達(dá)18位；高速ADC產(chǎn)品有15個(gè)料號(hào)，采樣速率最快可達(dá)每秒125M。2023年上海貝嶺推出一款16通道16位、1MS/s的ADC新品BL1088，具有88dBFS的高信噪比，以及低至-100dB的THD。
圣邦股份
圣邦股份在ADC芯片領(lǐng)域的發(fā)展歷程可以追溯到公司成立之初，產(chǎn)品主打汽車、便攜式設(shè)備、流程控制、電池監(jiān)測(cè)系統(tǒng)和溫度測(cè)量等應(yīng)用市場(chǎng)。圣邦股份在ADC芯片技術(shù)方面持續(xù)進(jìn)行創(chuàng)新。例如，圣邦2023年新推出的16位低功耗車規(guī)ADC新品SGM58031Q，創(chuàng)新采用Δ-Σ架構(gòu)設(shè)計(jì)，集成片上參考和振蕩器，具有高精度和低功耗優(yōu)勢(shì)。而且這款產(chǎn)品已率先通過(guò)了AEC-Q100認(rèn)證，顯示出了圣邦股份ADC產(chǎn)品在汽車領(lǐng)域的深厚實(shí)力。
另外，圣邦股份還注重與其他領(lǐng)域的交叉融合，以提供更完整的解決方案。例如，圣邦股份將ADC芯片與MCU進(jìn)行集成，推出了具有信號(hào)感知及處理能力的一站式解決方案，進(jìn)一步拓展了ADC芯片的應(yīng)用范圍。芯?？萍家仓鲝垖DC和MCU集成到一起，這樣可以縮小系統(tǒng)體積、降低功耗、提高數(shù)據(jù)處理速度。目前，圣邦股份在售的ADC產(chǎn)品共14個(gè)，采樣速率最高200Ksps，精度最高16位。
思瑞浦
思瑞浦是國(guó)內(nèi)率先設(shè)計(jì)出通用性轉(zhuǎn)換器產(chǎn)品并進(jìn)行商業(yè)化的企業(yè)之一。它已成功研發(fā)了流水線型ADC、逐次逼近型ADC、Sigma-Delta ADC等。思瑞浦將Sigma-Delta ADC技術(shù)運(yùn)用于混合信號(hào)芯片，為5G基站的能耗監(jiān)控與調(diào)節(jié)提供了實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，并成功進(jìn)入中國(guó)通信設(shè)備龍頭企業(yè)的供應(yīng)鏈，突破了國(guó)外廠商的壟斷。就國(guó)內(nèi)水平而言，思瑞浦的ADC芯片是具有較高的技術(shù)水平和市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力的。
在汽車電子領(lǐng)域，思瑞浦2023年也已經(jīng)推出了TPC5120Q等產(chǎn)品。這款產(chǎn)品符合AEC-Q100 Grade 1工況要求的汽車級(jí)16通道12位SAR ADC，可應(yīng)用于汽車BMS電池包的總電壓和總電流檢測(cè)、溫度與濕度及其他傳感器信號(hào)采集、供電電壓監(jiān)控等場(chǎng)景。思瑞浦官網(wǎng)顯示，目前其有10款型號(hào)的高精度ADC產(chǎn)品，最高精度24位；一款高速ADC產(chǎn)品，采樣速率為50Msps。
小結(jié)
ADC芯片的設(shè)計(jì)難度確實(shí)大，但在梳理當(dāng)中發(fā)現(xiàn)在國(guó)內(nèi)，不管是上市公司，還是初創(chuàng)公司，加入研發(fā)這一高端芯片的參與者每年都有明顯的增加。而且它們的產(chǎn)品都在持續(xù)迭代，不斷向更高精度、更高速度、更低功耗方向靠近。在汽車應(yīng)用領(lǐng)域，2023年圣邦股份、思瑞浦都推出了符合AEC-Q100認(rèn)證的ADC新品，芯海科技的車規(guī)ADC芯片也已進(jìn)入測(cè)試階段。高端ADC芯片，我國(guó)廠商已從“不能做”跨上“成功研發(fā)”的新臺(tái)階。
