在中國本土近500家集成電路設計企業(yè)中，您可以找到幾乎所有類別的芯片設計企業(yè)，但以ADC技術為核心的企業(yè)并不多見，而真正成功的企業(yè)更是鳳毛麟角，因為這是一個高度集中的市場，ADI一家企業(yè)就占據(jù)超過47%的市場份額。而深圳芯?？萍?/em>(Chipsea)通過八年的執(zhí)著努力，以具有自主知識產(chǎn)權的ADC技術為基礎，以衡器市場為突破，一路走來成功實現(xiàn)主打產(chǎn)品在高精度電子秤、工業(yè)過程控制、醫(yī)療器械、儀器儀表等需要精密測量的場合中的廣泛應用。而基于高精度ADC技術的電力計量芯片技術的成功應用，特別是符合國網(wǎng)新標準的智能單相電能計量表ADC芯片CSE7780的推出已經(jīng)為企業(yè)所批量采用，開辟了一片新天地，實現(xiàn)在ADC技術上的成功“穿越”。
鎖定衡器制造，“Chipsea Inside”
作為制造大國，中國企業(yè)在全球衡器制造領域一樣具有舉足輕重的地位。海關統(tǒng)計數(shù)據(jù)顯示，2010年中國共出口衡器達8.5億美元，出口到197個國家和地區(qū)，除去全球經(jīng)濟危機爆發(fā)的2009年以外，連續(xù)十幾年以超過兩位數(shù)的速度增長。然而，與很多其他行業(yè)一樣，中國衡器行業(yè)從一開始就沒有擺脫處于產(chǎn)業(yè)鏈低端的命運，ADC、MCU等關鍵器件幾乎被ADI、TI、Maxim等巨頭所壟斷。國外半導體企業(yè)近乎壟斷的地位決定了中國衡器整機企業(yè)有限的議價能力，過高的BOM成本讓中國企業(yè)在國際競爭上處于不利地位，數(shù)年前電子衡器業(yè)還依賴于70多元一顆的進口高端IC到雙積分、三積分電路。
深圳芯海科技發(fā)現(xiàn)了衡器這塊為眾多具備實力的本土集成電路企業(yè)所忽視的市場，以其具有獨特專利技術的高精度Σ-Δ ADC技術作為基礎，傾力于開發(fā)適合衡器應用的系列ADC產(chǎn)品。目前芯?？萍?/em>已經(jīng)成為國內(nèi)領先的衡器計量解決方案提供商，有上千家制造企業(yè)選擇了芯?？萍嫉漠a(chǎn)品及解決方案。而在相同甚至更高的性能條件下更低的成本和及時、便利的技術支持使衡器制造企業(yè)大大降低了產(chǎn)品整機成本，提高了國際競爭力。中國衡器行業(yè)近年來持續(xù)快速的發(fā)展見證了芯?？萍荚诤馄餍袠I(yè)一步一個腳印的堅持與進步。
電子秤如今的趨勢是朝著更高精度和更低成本的方向發(fā)展，因而對高性能模擬信號處理電路有更高的要求。高精度ADC設計技術具有極大的挑戰(zhàn)性，ADC的精度、功耗、抗干擾性、一致性與穩(wěn)定性都是非常具有挑戰(zhàn)性的關鍵技術，這導致了本土集成電路企業(yè)鮮有問津這些產(chǎn)品領域的。具體而言，在高精度ADC設計中主要存在以下挑戰(zhàn)：量化噪聲及模擬部分各種器件的熱噪聲、1/f噪聲等嚴重地影響高精度調(diào)制器的性能;高精度ADC的高性能DSP濾波器模塊也起著至關重要的作用，而其設計難度很高;由于高精度ADC必須要通過前置放大器對信號進行放大來提高信噪比，而前置放大器在放大信號的同時自身也會產(chǎn)生噪聲，并且會限制系統(tǒng)的共模輸入范圍，增加系統(tǒng)成本及功耗……
芯海科技在上述關鍵技術攻關過程中，共申請了低溫度系數(shù)帶隙基準源、"精度、、、、、、;信號采樣保持電路、一種電壓調(diào)整裝置、門控時鐘產(chǎn)生電路等多項專門針對高精度ADC的專利，并于2007年率先在國內(nèi)推出的24位高精度ADC芯片CS1242，一舉填補了國內(nèi)中高端電子衡器芯片領域的空白，解決了中國衡器制造商對高精度ADC芯片的需求。利用該公司系列計量芯片設計的口袋秤分度可高達三萬分之一，完全能滿足幾乎所有常用衡器產(chǎn)品的精度要求。在CS1242之后，芯?？萍枷嗬^推出了CS1180以及更低成本的CS1150、CS1168，還有更高精度和更高性能的CS1232，進一步鞏固了該公司作為大陸領先ADC技術提供商的主導地位。
圖1：芯?？萍紦碛凶灾髦R產(chǎn)權的高精度ADC產(chǎn)品。
芯?？萍几鼘DC技術進行擴展應用，以高增益高精度型ADC為核心，將MCU作為ADC的后續(xù)處理單元，推出了專門用于高精度數(shù)據(jù)采集的SoC器件，系統(tǒng)的技術經(jīng)濟綜合指標明顯優(yōu)于用其他器件構成的同類系統(tǒng)。其中CSU1221是一款國內(nèi)首創(chuàng)應用于商用秤的SoC芯片，芯片采用8位CMOS單芯片MCU，內(nèi)置4K×16位一次性可編程(OTP)ROM，帶有2通道24位全差分輸入或4通道24位單端輸入的Σ-Δ ADC。CSU1221填補了國內(nèi)帶高精度ADC的SoC芯片這一領域的空白，去年推出的低成本高性能的SoC CSU1110以及CSU1000太陽能芯片繼續(xù)了芯?？萍荚诤馄餍酒I域的領先技術性能表現(xiàn)。目前SoC已經(jīng)成為芯?？萍嫉腁DC拳頭產(chǎn)品，為大量衡器和工業(yè)應用產(chǎn)品制造企業(yè)提供了低成本的完整解決方案。
近年來，隨著衡器解決方案精度的提高，廠家將關注點轉移到其他關鍵特性上，其中迎合當今低碳環(huán)保理念的低功耗特性成為關鍵，特別是那些電池供電或太陽能供電的自動上位人體秤、口袋秤等當前市場上的熱門衡器產(chǎn)品來說尤其如此。針對這種趨勢，芯?？萍紘鴥?nèi)首家推出最低功耗的自動上秤人體秤SoC方案CSU11系列芯片以及具有更低功耗更高性能的升級版CSU1000系列。芯?？萍蓟谧灾黝I先的ADC技術，在衡器行業(yè)持續(xù)發(fā)出中國集成電路企業(yè)最強的聲音。
從衡器到電力計量，實現(xiàn)ADC技術的“穿越”
與衡器行業(yè)類似，中國同樣是世界上最大的電能表制造中心，超過500家電能表制造商，年產(chǎn)量已攀升至1億臺。而中國國內(nèi)本身就是最大的電表消費市場，僅2011年上半年，國家電網(wǎng)就公布了第三次智能電表招標，招標規(guī)模已達到4,171萬只，達到去年全年的90%左右。隨著智能電網(wǎng)建設在全球范圍內(nèi)鋪開，智能電力計量已經(jīng)成為眾多設備制造和半導體芯片設計企業(yè)關注的焦點之一。
智能電表產(chǎn)品的核心是計量芯片，其關鍵技術是對互感器采集的電壓、電流信號進行模數(shù)轉換，而無疑芯?？萍家呀?jīng)廣泛成熟應用的Σ-Δ ADC技術帶來了最大的技術優(yōu)勢，芯?？萍紨?shù)年前就將市場和技術戰(zhàn)略目標之一鎖定到電力計量應用領域。芯?？萍蓟诰哂凶灾髦R產(chǎn)權的ADC核心技術，幾年前即開始積極布局相關產(chǎn)業(yè)，其中電力計量是該公司的重要市場。在公司成立兩年后即推出了高精度單相有功功率計量芯片CSE7755，以及后續(xù)的高精度單相有功功率計量芯片CSE7755B、三相電能計量芯片CSE7752，多個系列的電能計量方案為進軍巨大的智能電網(wǎng)市場奠定了堅實基礎。
圖2：基于芯?？萍?em>CSE7780開發(fā)的國網(wǎng)單相智能表主板。
而2010年底，芯海科技正式發(fā)布了一款符合國網(wǎng)新標準的單相多功能計量芯片CSE7780，是國內(nèi)第一家完全符合國網(wǎng)新標準且動態(tài)范圍達2000:1的單相多功能計量芯片。CSE7780采用了芯?？萍?/em>成熟的3 路Σ-△技術，可分別用于相線電流采樣、零線電流采樣以及電壓采樣。在動態(tài)范圍(2000:1)內(nèi)，CSE7780能夠提供兩路電流有效值、一路電壓有效值，非線性誤差小于0.1%;在動態(tài)400:1的范圍內(nèi)，CSE7780還能保持小于0.5%的有效值誤差。除了高精度和高穩(wěn)定性外，CSE7780還提供了豐富的應用功能，諸如有功功率、有功能量、電流有效值、電壓有效值、線頻率、過零中斷等功能，同時還提供全數(shù)字增益、相位、失調(diào)校準，有功能量脈沖從PF管腳輸出等。
目前CSE7780系列已經(jīng)進入客戶的量產(chǎn)階段。繼CSE7780之后，該公司同時在研發(fā)針對南方電網(wǎng)、完全符合國內(nèi)標準的電力計量芯片CS77xx系列，以及正在研發(fā)國網(wǎng)三相計量芯片，并完成了后續(xù)系列產(chǎn)品路線圖的詳細規(guī)劃。芯?？萍?/em>進軍電力計量行業(yè)的戰(zhàn)略版圖已經(jīng)日漸清晰。
瞄準MCU，ADC之外的新天地
在今年7月底舉辦的順德小家電創(chuàng)新集成電路技術研討會上，芯?？萍嫉谝淮蚊嫦驀鴥?nèi)企業(yè)介紹了其針對遙控電風扇和RGB控制器的高抗干擾MCU CSU8RE2110芯片的應用技術，首次展示了芯?？萍荚?em>ADC、SoC產(chǎn)品之外進軍MCU市場的動向。
芯海科技在衡器行業(yè)率先推出SoC器件，使廠商在傳統(tǒng)的ADC+MCU的分立方案基礎上有了無論電路簡化程度還是低成本上更具優(yōu)勢的新選擇，而這也為芯?？萍歼M軍MCU市場提供了技術基礎，例如擁有自主知識產(chǎn)權的RISC架構MCU以及芯海系列SoC中獲得大量成功應用、擁有自主知識產(chǎn)權的編譯開發(fā)環(huán)境。芯?？萍急M管擁有多年成功SoC開發(fā)和應用的經(jīng)驗，能否再次復制其從衡器到電力計量市場的成功故事，實現(xiàn)企業(yè)產(chǎn)業(yè)版圖的二次擴張，值得期待和觀察。
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