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模拟技术的发展　在循规蹈矩中另辟蹊径

2007-01-19 嵌入式在线收藏 | 打印

　　2006年，在模拟技术世界大量新技术不断涌现，以数据转换技术为例，由于在今年1月时钟同步技术获得了新的进展，随着Delta-Sigma架构应用到甚高频输入频段，该体系架构开始获得复兴。

　　例如，在去年冬季的国际固体电路会议(ISSCC)上，Xignal公司就透露了不少640MHz CMOS连续工作Delta-Sigma模数转换器(ADC)的详细信息，该模数转换器的信号带宽为20MHz,有效数位为12位(ENOB)。在那次会议上，模拟器件公司(Analog Devices)就Delta-Sigma结构的低功耗优势进行了探讨，并重点介绍了一款4通道带通Delta-Sigma模数转换器，其动态范围为90dB，在44MHz频率带宽为8.5MHz，总功耗只有375mW。夏普公司(Sharp)透露了一对可用于数字电视的双采集通道Delta-Sigma ADC，可以达到更高的频率。更快速的Delta-Sigma ADC可以达到100 Msamples/s的采样速率，在4MHz带宽范围内信躁和失真(SINAD)为70.1dB，电源电压为1.8V，功耗为34.4mW。虽然这些技术信息都发表在ISSCC会议论文中，但同时在实际产品中Delta-Sigma架构也得到了增强应用。例如，虽然Delta-Sigma架构的主要作用是为简化图形保真要求和消除工作带内的躁声，但将该架构与传感器匹配却并不总是一件容易的事情。

　　这些转换器的输入采样电流能够淹没高源阻抗或低带宽微波信号调节电路。在2006年，Linear Technology公司在一款在转换器前端配置一8通道差动多路转换器的24位Delta-Sigma模数转换器上应用了该公司的“简易驱动”平衡输入电流拓扑(图1)。

模拟技术

　　图1：Linear technology公司的LTC2484产品族提供了一个能够简化电路设计工作的新产品例子。该公司的“易驱动型”输入技术能够平衡输入电流，从而将电阻R1和R4阻值变化对共模电压的影响降低到最低限度。

　　在高速ADC前沿，Linear Technology公司将12位模数转换的采样速率提高到250Msamples/s，而在2.5V电压等级上功耗水平仍然保持在740mW的适当水平。其间，新的连续逼近寄存器(SAR)产品更是创下了在2006年内每3到4个月就性能指标提高一次的记录。

　　在去年夏季，德州仪器公司(Texas Instruments)通过一款4Msamples/s的SAR将在采样速率这一性能指标所下的赌注提高了33%，该款SAR的信躁比(SNR)为92dB，总谐波失真度(THD)为102dB，积分非线性度为2LSB，差分非线性度为1LSB，温度变化引起的电压偏移为0.5mV，偏移温漂小于0.1ppm/°C，增益误差为0.05%，增益漂移为3.3ppm/°C。

　　意料之外的进展

　　但是，最好的消息也许来自那些非传统的开发工作，例如在信号隔离方面就汇聚了多种新的方法。TI公司用单片电容器代替光路，取得了出色的信号隔离效果，实现了光隔离器的插入式替换。这些电容器帽驻留在一模块内的接收器芯片上，其中配有包括通过模具邦定在一起的分离式CMOS驱动器和接收器。

　　TI公司的隔离器在免磁性方面对ADI公司早期的平面型互感器器件形成了挑战，而从功耗方面对标准光耦合器也提出了挑战。但到了春季，ADI通过推出一系列隔离器新产品而扳回了局面，这些新产品不仅将平面型互感器集成在硅片上，而且为所要隔离的传感器提供了一个隔离型5V、50mW的电源器件(图2)。至此，市场上已经有了光隔离器、容性耦合隔离器和平面型互感隔离器三种隔离器产品。

　　接着，Silicon Laboratories公司也宣布推出一系列采用RF技术的数字隔离器产品。其中每个芯片采用4个2.1GHz收发器对和一个互感器)，每个输入采用On/off键控来对载波进行调制，相应的接收器根据RF能量来解调输入状态，然后将结果施加到一个输出驱动器。这些器件的速率是光隔离器的两倍，而在100Mbits/s的速率每通道的功耗低于12mA。

　　2006年，这些与众不同的新器件占尽天时。鉴于MOSFET实际上没有任何功耗，所以Advanced Linear Devices计划推出预充电浮动栅MOSFET作为常规闭合型继电器的甚高速替代产品。其潜在应用包括报警装置中的无故障电路、电池后备电路、能量俘获、能量替换及类似的应用。

　　由于采用预充电浮动栅技术，MOSFET的门限电压只有0.4V。这些器件采用一种与该公司增强模式MOSFET类似的方式来控制门栅，不同的只是门限电压向负方向偏移一定量而已。其它方面与普通MOSFET完全一样。

　　Intersil公司推出一款新型四方引脚-电子驱动器/窗口比较器，其驱动能力提高一倍，虽然没有不象上述那些器件那样出众，但可以肯定将为自动测试设备引脚驱动器行业带来了机遇。该芯片可以驱动1A(典型情况)的负载，最高电压为18V，最高工作频率为50MHz(最低保证指标)，采用一个7-1/2的低输出电阻来产生快速的上升下降沿。
　　最大进展

　　也许，最好的消息并非来自与这些不同的芯片或分离器件的开发方面，而是来自于解决整个模拟产品谱系的共同问题方面。许多国际芯片公司已经通过其设计方法对全球市场作出了响应。

　　目前，在提供设计便捷性、提供功能和设计支持以实现差异化及配合更高级模拟信号处理器(ASP)方面展开的竞争已经取代了提高性能指标方面的竞争。普通的模拟元件正在被那些能够为OEM厂商提供所需要功能特性的元件所代替，OEM厂商需要许多新的功能特性在为消费者创造新产品，同时“秘密的调味品”仍然掌握在集成器件制造商(IDM)的手里。

　　这样就可以使IDM和OEM达到双赢，给予双方继续开发新功能和新技术的机会，这也是保证许多工程师(及技术编辑)不失业的最好方式。