中國?程師最喜歡的10?模擬芯?作者：顧正書EET電??程專輯原創(chuàng)本?共分為四個部分，分別是：1.全球和中國模擬芯?市場趨勢2.未來模擬技術的發(fā)展?向3.國際模擬芯??商的Top5芯?4.國產模擬芯??商的Top5芯?感興趣的朋友可以通過微信投票評選出“中國?程師最喜歡的10?模擬芯?”!模擬芯??于將物理世界的模擬信號轉換為數(shù)字信號，經過數(shù)字芯?的處理后，再將數(shù)字信號轉換為模擬信號，輸出到物理世界?于顯?或驅動。這樣的轉換過程?般會涉及電源管理、數(shù)據(jù)轉換/放?/調理/接?，以及射頻信號傳輸?shù)取ＤM芯?包括三?類器件：電源管理器件、信號鏈器件和RF射頻器件。再進?步細分，電源管理芯?包括AC-DC換器、線性和低壓降(LDO)穩(wěn)壓器、電池管理IC、LED驅動器、電壓基準和監(jiān)控器IC，以及USB電?傳輸IC、以太?供電和氮化鎵(GaN)IC等;信號鏈器件包括數(shù)據(jù)轉換器(ADC/DAC)、放?器、?較器、?頻IC、信號調理芯?，以及各種接?和隔離器件;RF器件包括射頻低噪聲放?器(LNA)、射頻功率放?器(PA)、雙?器(Duplexers)、調諧器和射頻開關等。電壓轉換器、DC-DC電壓轉(PoE)IC全球和中國模擬芯?市場趨勢根據(jù)世界半導體貿易統(tǒng)計組織(WSTS)8?份發(fā)布的2021Q2全球半導體市場數(shù)據(jù)，預計今年全球半導體市場?去年增長約25%，市場規(guī)模將達5551億美元。從半導體產品類別來細分，所有產品類別都有兩位數(shù)的增長，其中模擬芯?將從2020年的556.58億美元增?718.82億美元，增幅?達29%。2021年?季度全球半導體市場數(shù)據(jù)更新。(來源：WSTS)另據(jù)ICInsights得25%的增長，單位出貨量增長達到20%，這意味著今年模擬芯?的平均售價(ASP)?ASP上漲是在2004年，當時ASP為0.60美元，?2020年僅為0.32美元。報告顯?，全球模擬芯?市場繼2019年下降8%之后，2020年實現(xiàn)3%的?幅增長。今年模擬市場預計將獲將罕見地上漲(約漲價4%)。上?次模擬芯在ICInsights跟蹤的主要應?市場中，模擬芯?都將在2021年實現(xiàn)兩位數(shù)的增長。預計汽車專?模擬細分市場今年將增長31%;?線通信專?模擬市場增長28%;消費電?應?市場的模擬芯?將增長25%。ICInsights統(tǒng)計的2020年TOP10模擬芯??商的銷售額總計為354.49億美元，約占全球模擬芯?總銷售的63%。其中TI占?19%，穩(wěn)坐頭把交椅;ADI和美信分別為9%和4%，合并后占?為13%，距離TI更進?步;以射頻器件為核?業(yè)務的思佳訊占?7%;合并賽普拉斯后的英飛凌占?7%。全球模擬芯?市場格局相對穩(wěn)定，短期內不會有太?變化。(Skyworks)?據(jù)IDC統(tǒng)計，中國模擬芯?市場約占全球市場的36%。ASPENCORE旗下《國際電?商情》綜合多家市調機構數(shù)據(jù)推算出，2020年中國模擬芯?市場規(guī)模為197.1億美元，2021年將突破200億美元，達到213.42億美元(約合?民幣1361.9億元)。然?，中國半導體?業(yè)協(xié)會指出，截?2020年年底，中國模擬芯?的?給率僅為12%左右，國產模擬芯?總體規(guī)模約為163億?民幣。以上數(shù)據(jù)顯?，國產模擬芯?在全球市場占?仍較?，但市場增長潛?很?。全?業(yè)芯?短缺和汽車電?市場的增長將為國產模擬芯??商帶來難得的發(fā)展機遇。未來模擬技術研究?向與數(shù)字電路相?，模擬電路有如下劣勢和挑戰(zhàn)：噪聲。在模擬電路中，由于信號?乎完全將真實信號按?例表現(xiàn)為電壓或電流的形式，它對噪聲?數(shù)字電路更加敏感，信號的微?偏差都會表現(xiàn)為相當顯著，造成信息損失。?對信息進?量化的數(shù)字電路對于噪聲的抵御能??模擬電路要強，只要偏差不?于某?規(guī)定值，信息就不會損失。精度。有很多因素會影響信號的精度，其中最主要的是原始信號中的噪聲以及信號處理過程中混?的噪聲。模擬信號的分辨率受到器件物理層?限度(例如散粒噪聲)的制約。在數(shù)字電路中，可以采?增加信號的位數(shù)來提?數(shù)字信號的分辨率，轉換位數(shù)是模數(shù)轉換器(ADC)的?項關鍵參數(shù)。設計的難度。模擬電路的設計通常?數(shù)字電路更為困難，對設計?員的技術?平要求更?。模擬電路需要更多的??操作，其設計過程的?動化程度低于數(shù)字電路。然?，數(shù)字電?設備要在真實物理世界中得到應?，就必須具有模擬接?，因為?然界的?多數(shù)實際信號是模擬的。以下列出?個模擬技術的研究和發(fā)展?向，供感興趣的朋友參考。模擬ICT系統(tǒng)2016年，傳感器采集的數(shù)據(jù)量已經超過?類能夠消耗和處理的數(shù)據(jù)量。預計到2032年全世界將有45萬億個傳感器，采集數(shù)據(jù)量約為10^20bit/s，?全部?類可以感應的數(shù)據(jù)量約為10^17bit/s。我們的?腦對數(shù)據(jù)的消化和處理速度只有100bps，專家認的壓縮率才能被?類?腦認知和推理，并從中獲取有價值的信息。為傳感器采集的數(shù)據(jù)需要100,000:1?個根本性問題是，模擬電?的創(chuàng)新如何能夠幫助當今先進的計算和信息處理系統(tǒng)。這不但要求優(yōu)良的器件性能、?效的信號處理和電路結構，?且要保持能耗與?增益和低噪聲等?精度性能指標的優(yōu)化平衡。模擬ICT系統(tǒng)的未來應?研究?向包括：為6G?線?絡、數(shù)據(jù)中?和遠程醫(yī)療提供更?的帶寬;需要更快模數(shù)轉換器的寬帶雷達波束形成器等。例如，未來的模擬設計迭代將在三個??進?。?先是更好的模數(shù)轉換，它可以采?過采樣和量化技術繞過帶寬受限的模擬信號問題。?是通過壓縮采樣(CS)將稀疏模擬信號中的信息轉換為數(shù)字數(shù)據(jù)。三是在機器學習的幫助下，對模擬信號進?特征提取。智能傳感器：從感應到?動?部分傳感器都是從物理世界接收模擬輸?信號，要將這些信號數(shù)字化就會產??量原始數(shù)據(jù)。要解決的問題在于如何、何時與何地處理這些數(shù)據(jù)，以獲取有?信息、識別模式、做出決策，并采取?動。針對這些海量數(shù)據(jù)，需要考慮兩個關鍵問題：1.消化和有效利?這些來?傳感器的數(shù)據(jù)以?于智能社會;2.有效地處理數(shù)據(jù)以便采取適當?shù)?動。要?成可?的輸出結果，就需要系統(tǒng)知識，?且要為所有系統(tǒng)組件添加智能元素，從傳感器本?到模擬信號處理，以及可能的模擬和數(shù)字域神經處理。從感應到?動的系統(tǒng)流程?意圖如下所?，所?臨的挑戰(zhàn)包括：萬億級的傳感器會產??量冗余和??的數(shù)據(jù);云端平臺不是解決辦法，因為通信是瓶頸，沒有?夠的電能來處理這些冗余數(shù)據(jù)，對于本地控制和?動來說延遲太長;智能傳感器需要本地驅動和及時?動。要關注的研究?向包括：?智能傳感器和傳感融合—多傳感器分布式智能?應?和系統(tǒng)知識的研究?分層和分布式優(yōu)化?通?性模擬技術的研發(fā)—可以應?到其它領域?系統(tǒng)優(yōu)化?法—跨越傳感器、模擬處理、數(shù)字處理、ML和檢測等技術領域。太赫茲和光電領域的模擬技術頻率范圍從300GHz到3THz及以上的電磁波被歸類為太赫茲波，其短波長有很多優(yōu)勢可以利?。對通信來說，可以實現(xiàn)更好的空間多路復?和并?信道處理。尤其重要的是，這?頻段的超?帶寬可?于?線有線通信。對成像應?，可以獲得更?的空間分辨率，實現(xiàn)穿墻成像、?破壞性制造缺陷檢測、以及在視線不好的環(huán)境中實現(xiàn)?動駕駛/導航。但是，?頻會引起很多問題，包括器件、互聯(lián)、功耗、線性度、噪聲，以及天線接?、封裝、?擾和信號處理等。太赫茲領域的模擬技術研究專注于模擬器件、電路和系統(tǒng)?案，主要包括如下?個??：1.太赫茲芯?和應?。CMOS芯?在100GHz到2-3THz的?頻階段就難以正常?作了，其它材料構建的晶體管研究成為熱門，?如SiGe,InPHBT,InPHEMT和GaN。2.?向太赫茲成像、感應和通信應?的CMOS平臺。要?CMOS技術實現(xiàn)?性能太赫茲電路確實?較困難，采?45nm?藝制造的NMOS晶體管的最?單位電流增益頻率(ft)約為280GHz，?其最?單位功率增益頻率(fmax)約為320GHz。晶體管頂部?屬層的互聯(lián)會??降低性能，因為會引?寄?電容、電阻和電感。即便如此，肖特基?極管和MOS變容?極管等器件的?線性特性仍然可以在太赫茲頻段使?。3.汽車和?業(yè)雷達。?作于77GHz頻段的汽車雷達的?分辨率現(xiàn)已集成進?動駕駛控制算法，可?于實現(xiàn)盲點檢測(BSD)、?適應巡航(ACC)、換道輔助(LCA)、橫穿交通告警(CTA)，以及?動緊急剎車(AEB)等。雖然?頻可以實現(xiàn)?尺?和?分辨率，但卻會降低信噪?(SNR)，對輸出功率、天線增益和噪聲系數(shù)等指標都有負?影響。4.模擬波束成形天線。5G模擬波束成形天線陣列必須準確設計，以確保從中?饋送點到每個天線的相位和損耗都相同。這就要求必須評估毫?波通信是否值得采?這些相位密集的陣列。相關的技術挑戰(zhàn)還有IC制造、測試和封裝。邊緣端的模擬機器學習雖然機器學習將成為提?系統(tǒng)計算性能和運?更復雜算法的主要驅動?，但也將極?增加系統(tǒng)設計的復雜度，機器消耗的電能也會隨之上升。例如，神威·太湖之光超級計算機可以獲得?達93petaflops(千萬億次浮點運算)的性能，但卻要消耗15371兆?(MW)電能，?夠為?座?鎮(zhèn)供電了。與此相反，?類?腦卻是?種最為?效的計算系統(tǒng)，只需要消耗20W的電能就能獲得38petaflops的計算性能。?腦復雜的結構帶有相互交織的記憶單元，可以極為簡單的模擬和數(shù)字操作形式進?“計算”。因此，在邊緣進?訓練可以適應本地情況，帶來能效、速度和?積等好處。模擬存儲的存內計算技術是邊緣計算的主要研究?向。由于通信帶寬的局限和安全/隱私的擔憂，不能將所有數(shù)據(jù)都傳送到云端，邊緣計算可以直接分析傳感器在各種邊緣位置采集的數(shù)據(jù)。這些來?傳感器的數(shù)據(jù)在被處理之前必須經過ADC轉換，在邊緣端利?模擬技術進?機器學習可以解決能效、設計復雜度和尺?受限等問題。例如，在邊緣端進?AI推理可以??壓縮被送往下游的信息量，?邊緣端的AI訓練也可以帶來很多新的功能特性，?如實時適應本地條件，從???降低能耗，并極?提升數(shù)據(jù)傳輸和處理速度。類腦神經絡，甚?許多機器學習的主要運算就是向量矩陣乘法(VMM)。這樣的操作可以使?模擬電路?常有效地實現(xiàn)，其實就是利?基本的歐姆定律和基爾霍夫定律。這個電路的主要組成就是?個模擬存儲單元，它具有可調節(jié)的電導率G，?于交叉開關陣列的每個交叉點，可以模仿?物突觸?；谶@種密集型模擬存儲單元的VMM電路可以做到?常緊湊，達到卓越的速度和能源效率。此外，這種模擬VMM電路還可以在芯?上就地存儲所有數(shù)據(jù)，從???減少數(shù)據(jù)通信開銷。?前典型的數(shù)字系統(tǒng)都需要頻繁地將數(shù)據(jù)移?和移出?外存儲器，因此許多機器學習/神經擬態(tài)計算既是計算密集型的，?是數(shù)據(jù)密集型的。Top10模擬芯?ASPENCORE旗下《電??程專輯》分析師團隊從模擬芯?的信號鏈器件類別中精?挑選出10個有代表性的芯?型號，供?程師朋友設計參考。我們從5家國際模擬芯??商的信號鏈產品庫各挑選?款，?從國產模擬芯??商的信號鏈產品組合中個挑選?款，共同組成“中國?程師最喜歡的10?模擬芯?”，請在?末的微信投票中評選出您最喜歡的?商和芯?型號。Top5國際模擬芯?lTI精密ADCADS125H02ADS125H02是?款±20V輸?、24位、Δ-Σ模數(shù)轉換器(ADC)。該ADC配備低噪聲可編程增益放?器(PGA)、內部基準電壓、時鐘振蕩器和信號或基準電壓超范圍監(jiān)控器。與分?的解決?案相?，該產品將?個寬輸?電壓范圍、±18VPGA和ADC集成到單個封裝中，可將電路板?積減?50%。該ADC具有0.125?128的可編程增益(相當于±20V?±20mV的等效輸?范圍)，因??需外部衰減器或外部增益級。1GΩ的最低輸?阻抗可減?由傳感器負載導致的誤差。由于具備低噪聲和低漂移性能，因?能直接連接橋、電阻式溫度檢測器(RTD)和熱電偶傳感器。數(shù)字濾波器可減弱數(shù)據(jù)速率≤50SPS或60SPS時的50Hz和60Hz線路周期噪聲，以減?測量誤差。濾波器還可提供?延遲轉換數(shù)據(jù)，從?在通道定序期間實現(xiàn)?數(shù)據(jù)吞吐量。ADS125H02采?5mm×5mmVQFN封裝，額定?作溫度范圍為–40°C?+125°C。ADI精密儀表放?器LT6372-1LT6372-1是?款增益可編程、?精度儀表放?器，具有出?的直流精度。如此?的精度可以檢測到較?的信號，并簡化了校準要求，尤其是在整個溫度范圍內。LT6372-1將特性集成到LT6370中，從?進?步提?了精度并簡化了與ADC的接?。該放?器使?專有的?性能雙極性?藝，該?藝實現(xiàn)了出?的精度以及長期穩(wěn)定性。它還進?了激光微調，以實現(xiàn)?常低的輸?失調電壓(60μV)和?CMRR(86dB，G=1)。專有的?內測試功能可通過?動測試確保增益漂移(35ppm/°C)。LT6372-1的差動放?器采?分離基準配置，簡化了放?器輸出到ADC輸?范圍中?的電平轉換。還提供輸出箝位引腳，以限制可施加到ADC輸?的電壓。它在輸?上集成了EMI濾波，以在出現(xiàn)嚴重RF?擾時保持精度。LT6372-1集成在MS16E內或采?20引腳3mm×4mmQFN封裝，完全適應–40°C?85°C以及–40°C?125°C溫度范圍。LT6372-1的應?包括：橋式放?器、數(shù)據(jù)采集、熱電偶放?器、應變計放?器、醫(yī)療儀器、傳感器接?、差分到單端轉換等。安森美精密運放NCS333NCS333是?款精密運算放?器，具有極低輸?偏移電壓(最?10μV)放?器具有?阻抗輸?以及超過軌100mV的共模范圍，以及50mV軌內的軌對軌輸出擺幅。NCS333具有從1.8V的寬電源范圍(對于雙電源則為±0.9V到±2.75V)，以及卓越的CMRR，且不會出現(xiàn)傳統(tǒng)互補輸出級常見的交叉。和隨時間和溫度的近零漂移。這??精度、低靜?電流到5.5V該放?器?于驅動模擬-數(shù)字轉換器(ADC)?不會出現(xiàn)差分線性性能下降。它采?緊湊的SC70?5和SOT23?5封裝，規(guī)定運?溫度范圍為?40°C+125°C。到+105°。NCV333是汽車認證型號，采?SOT23?5封裝，規(guī)定運?溫度范圍為?40°C到其應?包括：電流感應、溫度測量、傳感器信號調理等。適?于如下終端產品：電池供電的儀器、電?秤、醫(yī)療儀器和照明等。NXP汽車?頻放?器TDF8546TDF8546是適合汽車電?應?的新?代互補四通道橋接式負載(BTL)?頻功率放?器。該器件具有最佳效率模式，采?完整的I2C總線控制診斷，包括啟動診斷。TDF8546可在電源電壓低?6V時?作，因此該放?器適?于啟動/停?汽車操作。為降低功耗，全新的最佳效率原則在所有四個通道上都使??頻信息?并?只是使?前(后)置信號。?于前后相關的?頻信號時，功耗?標準BTL少65%以上。?于前后不相關(延遲)的?頻信號時，功耗?標準BTL少35%以上;使?前(后)置信息時，對于不相關?頻信號則少17%。該放?器在基于絕緣硅(SOI)的BCD?藝中采?互補DMOS輸出級。DMOS輸出級可確保具有完美?質的?功率輸出信號?；赟OI的BCD?藝可確保強?的放?器不會發(fā)?閂鎖，并且四個獨?通道之間分離情況良好，每個組件隔離且沒有基板電流。其功能特性如下：隨時停?/啟動汽車：發(fā)動機啟動期間(電池電壓低?6V時)繼續(xù)運????頻?擾;全新的最佳效率模式，具有低開關失真;極端最佳效率模式(使?來?4個通道的信息)，與2通道最佳效率模式相?，不相關信號的功耗減少17%;?作模式為傳統(tǒng)(?I2C總線)模式或I2C總線模式(符合3.3V和5V標準);四個硬件可編程I2C總線地址;可以驅動2Ω和4Ω負載;揚聲器故障檢測;具有負載檢測功能的啟動診斷：開路、短路、存在;專為關門和振動繼電器?濾波;采??/低電流模式的交流負載(?頻揚聲器)檢測;??頻?擾啟動后的增益選擇;前后通道的獨?可選軟靜?;可編程增益(26dB和16dB)，可針對前后通道獨?編程;線路驅動器模式?持電池電壓低?6V(16dB和中?抽頭電壓0.25VP)時發(fā)動機啟動;可編程削波檢測：2%、5%或10%;可編程熱預警;STB引腳可以使?第?削波檢測進?編程/復?;每個通道的削波信息可以分別指向DIAG引腳或STB引腳;DIAG引腳上熱故障、削波故障或負載故障信息(負載兩端短路或與VP短接或與地短接)的獨?使能;可防?接地失效和開路VP(所需的串聯(lián)電阻最少);所有放?器輸出都具有短路保護功能，可防?與地短接、與電源電壓短接以及負載兩端(通道獨?)短路;所有引腳都具有短路保護功能，可防?與地短接;可防??結點溫度下漏?的溫度受控增益降低;可實現(xiàn)7.5V或6V最低電池電壓操作的可編程低電池電壓檢測;過壓保護(可防?負載突降，最?可達VP=50V)，在16V時會啟動過壓預警;偏移檢測。Skyworks寬帶功率放?器SKY77765SKY77765SkyHi功率放?器模塊(PAM)是完全匹配的10焊盤表?貼裝，?于寬帶碼分多址(WCDMA)應?的模塊。這個??的?效模塊將完整的815-849MHz帶寬覆蓋范圍集成到?個緊湊的封裝中。由于在整個功率范圍內獲得?效率，SKY77765可提供很好的通話時間優(yōu)勢。它可滿?嚴格的光譜線性要求的?速下?鏈路分組接?(HSDPA)，?速上?鏈路分組接?(HSUPA)和長術語演進(LTE)數(shù)據(jù)傳輸具有?功率附加效率。集成?向耦合器消除了對任何外部耦合器的需要。SKY77765采?Skyworks的InGaPGaAs異質結雙極晶體管(HBT)制造，具有如下功能特性：低電壓正偏置電源3.2V?4.2V;線性好;?效率：28.25dBm時為50%;動態(tài)范圍?;??薄的包裝：3x3x0.9mm，10焊盤配置;掉電控制的InGaP?持低集電極電壓?作;數(shù)字啟?;不需要VREF;CMOS兼容控制信號;集成?向耦合器。Top5國產模擬芯?圣邦微?精度儀表放?器SGM620SGM620是?款基于先進的?壓BCD模擬IC?藝及設計技術的軌到軌輸出?精度儀表放?器芯?。它可以采?4.6V?36V的單電源供電或+/-2.3V?+/-18V的正負電源供電。其最?輸?失調電壓?于150μV，溫漂典型值為1μV/℃，輸?電壓噪聲6nV/sqrt(Hz)@1kHz。SGM620對標國際主流的經典儀表放?器產品(AD620)，并在噪聲密度等指標上具備?定優(yōu)勢。電?秤和傳感器接?等精密數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)通常會?到儀表放?器調理模擬信號，?都采?ADI的AD620，SGM620可作為國產化替代?案。SGM620在輸?偏置電流、放?增益、封裝等參數(shù)與AD620基本?致，但功耗、輸?電壓噪聲和電源電壓范圍等指標都優(yōu)于AD620。尤其是SGM620電源電壓范圍更寬，可以適應更多的系統(tǒng)應?;電壓噪聲和?線性指標更好，提?系統(tǒng)抗?擾性和信號放?精度;?作電流減?近三分之?，可以降低系統(tǒng)功耗，提?長期可靠性，兩者封裝同為SOIC-8。思瑞浦模擬前端芯?TPAFE08083PEAK(思瑞浦)?向?業(yè)、通信等應?推出的?體積、集成多通道可配置模數(shù)和數(shù)模轉換器模擬前端芯?TPAFE0808內置8通道12bitADC、8通道12bitDAC、?內參考電壓及溫度傳感器。其尺?低?2x2mm，?常適宜?在需要多通道模擬外設且要求?體積的產品上，?如通?模擬和數(shù)字I/O、多通道控制和監(jiān)控、光模塊等。TPAFE0808共有8個輸?/輸出通道。這些引腳可獨?配置為DAC、ADC或通?數(shù)字輸?輸出?(GPIO)。每個引腳的功能是通過對配置寄存器中的相應位進?編程來確定的。它帶有串?數(shù)據(jù)線及串?時鐘線，?持標準的I2C接?。TPAFE0808采?16腳MIS3x3，或16球WLCSP封裝，?作溫度范圍為?40°Cto+125°C。川?微數(shù)字隔離器CA-IS372xCA-IS372X是?款?性能2通道數(shù)字隔離器，具有精確的時序特性和低電源損耗。在隔離CMOS數(shù)字I/O時，CA-IS372X器件可提供?電磁抗擾度和低輻射。該系列所有器件版本均具有施密特觸發(fā)器輸?，可實現(xiàn)?抗噪性能。每條隔離通道的邏輯輸?和輸出緩沖器均由?氧化硅(SiO2)絕緣柵隔離。CA-IS3720器件具有兩個前向雙通道，CA-IS3721?個前向?個反向兩個通道，CA-IS3722和CA-IS3721通道相反，具有?個反向?個前向兩個通道。所有型號都具有故障安全模式選項。如果輸?側電源掉電或信號丟失，對于后綴為L的設備，默