追求極致以應(yīng)對高性能模擬芯片四大應(yīng)用需求
Maxim Integrated核心產(chǎn)品事業(yè)部執(zhí)行總監(jiān)David Andeen表示,芯片的創(chuàng)新并非只有提高集成度一條路可走,在模擬芯片領(lǐng)域,創(chuàng)新的領(lǐng)域特別多,無論是實現(xiàn)最高效率的電源轉(zhuǎn)換器,還是開發(fā)最高精度的電壓基準(zhǔn),或者最高分辨率的AD/DA,模擬產(chǎn)品在參數(shù)上的每一分精進,與提高集成度一樣需要付出巨大努力
提高集成度一直是半導(dǎo)體行業(yè)發(fā)展的主流趨勢。從最開始的純數(shù)字芯片提高集成度,到系統(tǒng)芯片(SoC)概念提出以后,數(shù)字與模擬的混合電路可以集成到一起,在單芯片上實現(xiàn)更高集成度成為芯片行業(yè)的主要方向之一。
但這并不是唯一的方向,單一功能的模擬芯片仍然有很大的生存空間。市場研究機構(gòu)IC Insights的數(shù)據(jù)顯示,以出貨量計,模擬芯片占比過半,出貨量前五大的子類產(chǎn)品中,有四種屬于模擬產(chǎn)品。
最大金額與最多出貨量IC種類排名
資料來源:IC Insights
而且在過去30多年中,模擬類芯片占芯片總出貨量的比例一直在上升,1980年模擬類芯片占比僅為32%,1990年上升至39%,2000年已經(jīng)達到46%。
模擬芯片出貨量占比持續(xù)上升
資料來源:IC Insights
模擬芯片占比不斷上升,有數(shù)字類芯片由于集成度提升導(dǎo)致的產(chǎn)品種類減少的原因,但我們也應(yīng)看到,芯片總出貨量一直在上升,所以模擬芯片占比上升也代表著模擬類產(chǎn)品的種類與出貨量絕對值在不斷增加。Maxim Integrated核心產(chǎn)品事業(yè)部執(zhí)行總監(jiān)David Andeen就表示,芯片的創(chuàng)新并非只有提高集成度一條路可走,在模擬芯片領(lǐng)域,創(chuàng)新的領(lǐng)域特別多,無論是實現(xiàn)最高效率的電源轉(zhuǎn)換器,還是開發(fā)最高精度的電壓基準(zhǔn),或者最高分辨率的AD/DA,模擬產(chǎn)品在參數(shù)上的每一分精進,與提高集成度一樣需要付出巨大努力。
“Maxim創(chuàng)建核心產(chǎn)品事業(yè)部的宗旨,就是持續(xù)為用戶開發(fā)性能最高的單一功能芯片,即高性能模擬器件?!盌avid Andeen告訴探索科技(techsugar),核心產(chǎn)品事業(yè)部成立于4年半以前,在成立之初,Maxim公司劃給核心產(chǎn)品事業(yè)部600余類產(chǎn)品,如今已經(jīng)衍生出更多的產(chǎn)品種類,以滿足用戶對高性能模擬器件的需求。
高性能模擬器件四大應(yīng)用需求
David Andeen指出,用戶對模擬器件的需求,大致可以歸類為四種,即高效供電、精密測量、穩(wěn)定通信,以及可靠保護。
電源管理芯片用途最廣,幾乎所有電子系統(tǒng)都要用到電源管理芯片,在社會對環(huán)保要求越來越高的情況下,每一個電子產(chǎn)品的電源電路都成為系統(tǒng)降耗中的第一個要分析的模塊,電源芯片的效率對系統(tǒng)整體用電效率影響因子極高,無論是可穿戴類電池供電設(shè)備,還是數(shù)據(jù)中心等大功率設(shè)備組,Maxim等模擬廠商都有相應(yīng)的解決方案,來根據(jù)應(yīng)用場景實現(xiàn)最佳電源效率。
模擬芯片也是構(gòu)成精密測量電路的關(guān)鍵,要實現(xiàn)精密測量,并不只是模數(shù)轉(zhuǎn)換器與傳感器及信號調(diào)理電路的精度高就可以,工程師需要考慮使用壽命與外部環(huán)境,好的測量電路在不同應(yīng)用環(huán)境下都可以實現(xiàn)高精度測量,并具備很高的穩(wěn)定性,不需要頻繁校準(zhǔn)就可以長期進行測量。
模擬器件同樣是通信連接的保障,優(yōu)質(zhì)模擬器件提高了通信的可靠性,在高可靠通信應(yīng)用中,設(shè)計目標(biāo)常常是在任何條件下,都能實現(xiàn)通信收發(fā)。
可靠保護是高精度模擬器件最重要的應(yīng)用之一,只有借助性能優(yōu)異的保護器件,電子設(shè)備才能確保在發(fā)生短路、斷路等意外狀況時,不會引發(fā)火災(zāi)等嚴(yán)重事件。
Maxim的三款極致性能模擬芯片
11月1日,David Andeen在Maxim北京辦公室發(fā)布了三款模擬產(chǎn)品,均代表著模擬芯片行業(yè)在相應(yīng)領(lǐng)域的最高水準(zhǔn)。
第一款是業(yè)界最低功耗的nanoPower監(jiān)控器MAX16155。MAX16155的工作電流典型值僅為400nA,是競爭方案所需供電電流的4%,該芯片可以在幾乎零功耗的狀態(tài)下提供可靠系統(tǒng)保護,主要應(yīng)用于微處理器的運行狀況監(jiān)測。MAX16155通過監(jiān)測系統(tǒng)電路的欠壓故障,并利用看門狗定時器在故障狀態(tài)下使系統(tǒng)保持復(fù)位狀態(tài),確保便攜式、低功耗設(shè)備在發(fā)生電源故障或軟件故障時安全工作。該芯片采用微型、6引腳SOT23封裝。
第二款是業(yè)內(nèi)唯一支持“無供電上電”的四通道電壓監(jiān)測器及復(fù)位芯片MAX16160。現(xiàn)在市場上多通道電壓監(jiān)測器,都還需要額外配置供電電路,而MAX16160并不需要額外供電電路,在其監(jiān)測的四路通道中,只要有一路達到MAX16160的最低供電電壓1V,MAX16160就可以開始工作。這種設(shè)計,解決了工程師面臨的兩個問題。首先,四路被監(jiān)測通道中第一路達到1V以后,MAX16160就開始工作,避免了系統(tǒng)時序不確定的狀態(tài);其次,由于額外供電時,工程師需要全面考慮上電順序,以確保系統(tǒng)能正常工作,而采用“無供電上電”方式的芯片,其自身上電時序與四通道中第一個上電達到1V的通道同步,所以可以簡化系統(tǒng)設(shè)計難度,減少開發(fā)任務(wù)量。MAX16160所有輸入電壓監(jiān)測精度為±1%,比競爭產(chǎn)品 (通常所有輸入的精度為±1.50%) 提高50%。器件采用6焊球WLP (1.408mm x 0.848mm) 封裝,比最接近的競爭產(chǎn)品減小85%。
第三款產(chǎn)品是精密電壓基準(zhǔn)MAX6078A,在超低功耗的前提下,能夠?qū)崿F(xiàn)高精度測量,也是行業(yè)內(nèi)罕見的解決方案。電壓基準(zhǔn)設(shè)計總要面臨精度與功耗如何平衡的問題,通常只有在高功耗的情況下,才能實現(xiàn)高精度,如果要降低功耗,代價則是減小精度。MAX6078A卻跨國了兩難選擇,它具有±0.04%初始精度,精度比同類競品高20%,但MAX6078A的靜態(tài)電流僅為15μA,該解決方案使得電池供電和能量收集系統(tǒng)的精密測量成為可能。MAX6078A的工作電流僅為最接近的競爭產(chǎn)品的1/6.6,方案尺寸僅為1.458mm x 1.288mm,比競爭方案小58%。
極致性能確保高性能模擬芯片生存空間
模擬芯片種類多常帶給用戶煩惱,特別是初級工程師,不過Maxim這次帶來了基礎(chǔ)模擬工具包,把性能最極致的20款芯片放在一個工具包中,讓用戶便捷地試用。Maxim網(wǎng)站還提供DC-DC selector工具,幫助用戶最快完成電源芯片選型。
Maxim基礎(chǔ)模擬工具包
SoC確實能將一些模擬功能集成到單芯片上,但David Andeen認(rèn)為,更多的高性能模擬芯片仍將以獨立器件的模式生存下去。這主要是因為兩點,首先,高性能模擬芯片的制造工藝往往定制化,不易被集成到標(biāo)準(zhǔn)邏輯工藝中;其次,SoC設(shè)計通常考慮的是系統(tǒng)性能最優(yōu)化,這時候并不一定局部最優(yōu),然而在具體應(yīng)用中,當(dāng)用戶需要對某個局部參數(shù)進行優(yōu)化時,SoC提供的功能往往不能滿足需求,這就需要用獨立模擬器件來實現(xiàn)。
Databeans市場調(diào)研總監(jiān)Susie Inouye支持了David Andeen的看法,他說:“高性能基礎(chǔ)模擬器件是系統(tǒng)設(shè)計者成功的關(guān)鍵。Maxim最新的基礎(chǔ)模擬系列產(chǎn)品,能夠幫助終端領(lǐng)域的設(shè)計者節(jié)省寶貴的時間和精力,使其專注于自身的專業(yè)領(lǐng)域,而把復(fù)雜的模擬設(shè)計交給專業(yè)人員?!?