文字|半导体产业处于电子信息产业复杂的生态系统之中。模数转换器（ADC）是连接模拟世界和数字世界的“桥梁”。作为电子信息系统的主要器件，其主要任务是将连续变化的模拟信号（如声音、电压、射频信号等）转换为离散的数字信号。其性能直接决定电子设备采集外部信息的准确性和处理效率。高性能ADC是集成电路设计领域的研究热点和难点。这是最复杂、最困难的模拟集成电路。近日，新凯来子公司万里研研发的90GHz超高速实时示波器，采样率高达200 GSA/s，一举达到世界第二水平。不知道的是，示波器的性能下降pes离不开ADC芯片的技术支持。这一成功的背后，有力证明了我国在ADC芯片领域取得了重大突破。高性能 ADC 受到进口限制。要了解ADC芯片的重要性，首先要明确其技术分类和应用要求。根据采样定理，在模拟信号到数字信号的转换过程中，采样率必须至少达到模拟信号带宽的两倍。只有这样，采样后的信号才能保留原始信号的全部信息。保证采样信号不难看的最小频率（信号带宽的2倍）称为奈奎斯特频率。基于这一原理，结合信号带宽和采样率的关系，ADC可以分为奈奎斯特ADC和过采样ADC两种类型；如果按结构和工作方式来划分根据不同的方法，它们可以分为 SAR ADC、Delta-Sigma ADC（Δ-σ ADC）和其他类型。不同类型的ADC性能侧重点不同，适应的应用场景也不同。特别是NYQuist类型的ADC趋于高速：Flash ADC主要用于转换速度要求非常高的场景，例如高速通信；流水线ADC在保证较快速度的同时可以实现中高精度，因此广泛应用于无线通信和一些图像传感领域；普通SAR ADC精度适中，速度快，主要优点是能效，适用于物联网、便携式设备、生物传感等功耗敏感领域；而SAR由ADC组成的流水线-SAR ADC可以在保持较快速度的同时进一步提高转换精度，拓展其应用边界。相反，过采样 ADC 倾向于r 高精度：Delta Sigma ADC是典型的过采样ADC，在高精度领域具有显着优势，但带宽有限，能效较差； Zoom ADC通过结合Delta-Sigma ADC和SAR ADC，以更小的面积和功耗实现高精度转换； NS-SAR ADC是基于SAR ADC.C的过采样广告。相比DeltaSigma ADC，它更注重提高带宽，在精度、带宽和功耗之间取得良好的平衡。它在图像传感和通信领域都有应用。随着无线移动通信、物联网与传感器、光传输与光通信、智能传感器等新兴应用领域的快速发展，以及雷达制导与精密、仪器仪表、医学影像等传统应用领域的创新技术，对模数转换器的性能要求不断提高。折痕。射频信号传感和测量等领域需要模数转换器覆盖较宽的带宽，同时考虑高精度。例如，电子对抗和电磁干扰等系统需要12至14位10+GS/s射频采样模数转换器。高速高精度示波器需要12位或更多。 GS/S 模数转换器；光通信、有线通信等领域需要采样率为64+GS/s的中精度模数转换器；精密工业控制、智能传感等领域需要低延迟分辨率超过24位的超高精度模数转换器。然而，长期以来，全球高端ADC市场一直被少数国外公司垄断。更值得关注的是，美国将一些高分辨率、高速ADC产品纳入管制清单，例如12-14 位 ADC，采样率为 400msps（每秒百万个样本）或以上。这不仅阻碍了国产高端电子设备的研发和生产，也对我国信息产业的自主安全构成潜在威胁。在此背景下，国内企业近年来持续加大研发投入，突破技术瓶颈，在高端ADC高速、高宽度两个关键领域实现全面突破。与此同时，高端模拟生产线建设也加快，逐步打破国外垄断的格局。高速ADC实现性能跃升，助力国产示波器突破。高速ADC是雷达、5G通信、无线传输等领域的关键器件。采样率和精度直接决定设备捕获高速信号的能力。在过去，国外企业长期占据该领域的技术制高点，国内产品难以匹敌。但近年来，国内企业不断突破技术边界，推出多款具有世界一流性能的高速ADC产品。讯芯微电子在高速ADC领域展现了雄厚的技术实力。其AAD08S056G是一款采用CMOS技术制造的高速模数转换芯片。采样率最高可达50GS/s，分辨率为8bit。该芯片采用多通道交错ADC（TI-ADC）架构，共包含128个子ADC。每个 ADC 都采用序列比 (SAR) 架构。在输出接口方面，CHIP包括16个高速串行输出接口，每个接口的最大速率为20Gbps。芯片将转换后的8位数字信号与PRBS11码进行异或加扰，然后通过高速串行接口。更令人兴奋的是，今年8月，中科院微电子研究所、讯芯微电子（苏州）有限公司、深圳市万里研科技有限公司作为主要单位完成的“200GSA/S超高速实时示波器核心技术及应用”荣获中国仪器仪表一等奖 社会科学技术奖技术发明奖。该项目的亮点在于，全力致力于超高速、高精度ADC/DAC芯片的研发，突破100+GSA/S采样率和12位精度的技术瓶颈，满足高端示波器和光通信设备的国产化需求。这也是国产示波器成功的关键技术之一。另一家继续在高速ADC领域发力的公司是成都华为。上9月1日晚，成都华为发布公告，宣布公司研发的4通道12位40G高速高精度射频直接采集ADC已于近日成功发布。 ADC芯片型号为HWD12B40GA4，在4通道模式下支持24~40GSPS的可配置采样率，在双通道模式下支持48~80GSPS的可配置采样率。输入模拟带宽高达19GHz，噪声谱密度小于-152DBFS/Hz，18GHz输入频率（KU频段）内无杂散动态范围高达54dB以上。输出采用96对JESD204C高速串行接口，支持片内和片间多通道同步功能，具有高可靠性的特点。更重要的是，该芯片采用完全自主正向设计，拥有完全知识产权。其生产工艺取决于国内厂家，真正做到了实现从研发到生产的链条全程控制。已申请多项国内外发明专利，将彻底摆脱对国外技术和生产环节的依赖。高位宽ADC是准确对标国际高端产品。如果说高速ADC的主要竞争在于“速度”，那么高位宽ADC则更注重“精度”。高精度ADC一般是指分辨率大于14位的ADC。它们常用于音频、测量、生物医学等领域。它们在数据采集、工业控制、医疗电子等领域发挥着不可替代的作用。例如，在医疗成像设备中，高位宽ADC可以精确转换微弱的生物电信号，为疾病诊断提供清晰准确的数据支持。在工业自动化控制系统中，它们可以准确采集传感器信号，保证控制的稳定性和准确性。制造过程。过去，高宽度ADC产品与国际高端产品之间存在明显的性能差距。但近年来，国内企业奋起直追，推出了多款高宽度ADC产品，实现了精准对标，成功打破了国外产品的垄断。海思在高位宽ADC领域的突破具有代表性。 SAR（顺序寄存器架构）架构ADC产品AC9610在高位宽ADC领域取得了重要成果。该芯片采样率达到2msps时，采样精度高达24bit，直接对标ADI4630-24的高端产品。 AD4630-24作为国际高宽度ADC领域的标杆产品，以高精度、低功耗长期占领国内高端市场。海思AC9610的外观不仅在性能上与AD4630-24保持一致，而且扁平且在成本和供应链稳定性方面具有一定的优势，为国内需要高精度信号转换的设备厂商提供了更好的选择，推动了国内高宽度ADC市场的国产化进程。另一家公司Core Internet也在多通道高位宽ADC领域取得重要进展，正式发布了新一代8/4通道24位同时采样模数转换器（ADC）-CL2468。该芯片具有突出的性能和兼容性：在采样性能方面，具有8通道同时采样能力，最高采样率为512ksps。它还具有良好的动态性能和灵活的功耗调整方案，可以满足不同应用形式对精度、速度和功耗的不同要求。兼容性方面，CL2468在硬件和寄存器方面与ADI经典产品AD7768完全兼容。这意味着定制使用AD7768的用户可以直接将其替换为CL2468，无需对现有系统进行重大改动，降低了本地化成本和难度。此外，CL2468还提供扩展的寄存器配置，可以进一步提高采样率和输入带宽，为未来具有更高性能要求的应用留下升级空间。 CL2468的推出，为数据采集、工业控制、医疗电子等领域提供了高精度、低功耗的信号转换解决方案。不仅填补了国内ADC多通道高lapad领域的技术空白，而且推动了相关产业的国产化进程，增强了国内电子设备制造商在全球市场的竞争力。高端模拟生产线保证了产能和独立性。除了技术突破，产能保障是推动的另一关键国内ADC的可持续发展。近日，士兰微宣布，公司与全资子公司厦门士兰微（包括厦门半导体、新翼科技）共同向子公司士兰极华投资51亿元，其中士兰微累计出资15亿元。本次增资的主要目的是投资建设12英寸高端模拟集成电路芯片生产线项目。该项目的实施，标志着高端模拟芯片国产化迈出了重要一步。从项目规划来看，12英寸高端模拟集成电路芯片制造生产线项目在厦门海沧区启动，计划总投资高达200亿元，分两期实施：一期投资100亿元，计划于202年第四季度正式投产。2020年，投产后，月产能将达到20000件。二期将再投资100亿元，增加月产能2.5万件。项目建成后，月产能将达到4.5万件（相当于年产量54万件）。从产品定位来看，士兰极华作为该项目的实施主体，将生产针对汽车、工业等领域关键芯片的产品。汽车电子和工业控制领域对芯片的可靠性、稳定性和准确性有非常高的要求。这些领域的高端芯片长期依赖进口。该项目的启动将填补国内在这些领域关键芯片生产的空白，进一步完善国内高端模拟芯片供应链。近年来，国产高端ADC在技术和技术上都取得了突破国家和工业水平。未来，国产高端ADC的发展仍需在以下方面继续努力：一是继续优化芯片性能，在提高采样率和精度的同时，进一步降低功耗和成本，增强产品在全球市场的竞争力；二是拓展应用场景，除了目前覆盖雷达、5G通信、工业控制等领域外，还应扩展到新能源汽车、人工智能、量子计算等新兴领域，挖掘市场潜力；三是完善产业链合作，加强芯片设计、生产、封装测试等方面合作，推动国内ADC产业链整体升级。随着技术的不断进步和行业生态的逐步完善，国产高端ADC将在行业中发挥更加重要的作用。确保我国信息产业自主安全，推动产业高质量发展。未来，它们有望在全球高端ADC市场占据重要地位。 ADC芯片未来发展趋势 展望未来，ADC芯片的技术迭代围绕创新架构、升级工艺和智能集成展开。首先，随着节点工艺不断缩小，传统ADC架构面临速度和能效瓶颈。混合架构ADC具有速度快、能效高、适应先进工艺等优点，因此成为未来高速ADC发展的主要方向。其次，在工艺选择方面，由于化合物工艺器件的截止频率高于硅基工艺，并且gGaN、INP等化合物半导体比硅基工艺器件具有更好的耐压特性。硅基工艺，可以有效解决可靠性问题。因此，采用基于半导体的复合工艺已成为未来超宽带射频采样前端的发展趋势。但由于成本和工艺实现的复杂性，研发相关工作可能更多地集中在减小采样电路的尺寸和优化工艺上，以平衡性能和成本。此外，ADI和TI拥有3500多种ADC产品，而中国只有300多种，产品类型差距巨大。但高性能ADC研发周期长、研发投入大、成本高，难以适应品牌快速迭代和需求下降。可配置ADC已成为研发趋势，其中之一就是可编程数字抽取滤波器。第二种方法是对高精度ADC本身的各个模块进行重新排列，实现跨架构的系统侦察图形化和多场景、多模态高精度应用。值得注意的是，人工智能、神经网络等技术也将为提升ADC性能提供新的帮助。通过利用遗传算法、核优化、神经网络等AI算法迭代误差函数的系数来最大化（或最小化）适应度函数，有望有效消除ADC误差。这类方法通常具有攻丝速度快、校准范围大、校准误差类型不同等优点，将是提高ADC精度和稳定性的重要技术方向。返回搜狐查看更多

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