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追求极致以应对高性能模拟芯片四大应用需求


提高集成度一直是半导体行业发展的主流趋势。从最开始的纯数字芯片提高集成度,到系统芯片(SoC)概念提出以后,数字与模拟的混合电路可以集成到一起,在单芯片上实现更高集成度成为芯片行业的主要方向之一。

但这并不是唯一的方向,单一功能的模拟芯片仍然有很大的生存空间。市场研究机构IC Insights的数据显示,以出货量计,模拟芯片占比过半,出货量前五大的子类产品中,有四种属于模拟产品。

最大金额与最多出货量IC种类排名

资料来源:IC Insights

而且在过去30多年中,模拟类芯片占芯片总出货量的比例一直在上升,1980年模拟类芯片占比仅为32%,1990年上升至39%,2000年已经达到46%。

模拟芯片出货量占比持续上升

资料来源:IC Insights

模拟芯片占比不断上升,有数字类芯片由于集成度提升导致的产品种类减少的原因,但我们也应看到,芯片总出货量一直在上升,所以模拟芯片占比上升也代表着模拟类产品的种类与出货量绝对值在不断增加。Maxim Integrated核心产品事业部执行总监David Andeen就表示,芯片的创新并非只有提高集成度一条路可走,在模拟芯片领域,创新的领域特别多,无论是实现最高效率的电源转换器,还是开发最高精度的电压基准,或者最高分辨率的AD/DA,模拟产品在参数上的每一分精进,与提高集成度一样需要付出巨大努力。

“Maxim创建核心产品事业部的宗旨,就是持续为用户开发性能最高的单一功能芯片,即高性能模拟器件。”David Andeen告诉探索科技(techsugar),核心产品事业部成立于4年半以前,在成立之初,Maxim公司划给核心产品事业部600余类产品,如今已经衍生出更多的产品种类,以满足用户对高性能模拟器件的需求。

高性能模拟器件四大应用需求

David Andeen指出,用户对模拟器件的需求,大致可以归类为四种,即高效供电、精密测量、稳定通信,以及可靠保护。

电源管理芯片用途最广,几乎所有电子系统都要用到电源管理芯片,在社会对环保要求越来越高的情况下,每一个电子产品的电源电路都成为系统降耗中的第一个要分析的模块,电源芯片的效率对系统整体用电效率影响因子极高,无论是可穿戴类电池供电设备,还是数据中心等大功率设备组,Maxim等模拟厂商都有相应的解决方案,来根据应用场景实现最佳电源效率。

模拟芯片也是构成精密测量电路的关键,要实现精密测量,并不只是模数转换器与传感器及信号调理电路的精度高就可以,工程师需要考虑使用寿命与外部环境,好的测量电路在不同应用环境下都可以实现高精度测量,并具备很高的稳定性,不需要频繁校准就可以长期进行测量。

模拟器件同样是通信连接的保障,优质模拟器件提高了通信的可靠性,在高可靠通信应用中,设计目标常常是在任何条件下,都能实现通信收发。

可靠保护是高精度模拟器件最重要的应用之一,只有借助性能优异的保护器件,电子设备才能确保在发生短路、断路等意外状况时,不会引发火灾等严重事件。

Maxim的三款极致性能模拟芯片

11月1日,David Andeen在Maxim北京办公室发布了三款模拟产品,均代表着模拟芯片行业在相应领域的最高水准。

第一款是业界最低功耗的nanoPower监控器MAX16155。MAX16155的工作电流典型值仅为400nA,是竞争方案所需供电电流的4%,该芯片可以在几乎零功耗的状态下提供可靠系统保护,主要应用于微处理器的运行状况监测。MAX16155通过监测系统电路的欠压故障,并利用看门狗定时器在故障状态下使系统保持复位状态,确保便携式、低功耗设备在发生电源故障或软件故障时安全工作。该芯片采用微型、6引脚SOT23封装

第二款是业内唯一支持“无供电上电”的四通道电压监测器及复位芯片MAX16160。现在市场上多通道电压监测器,都还需要额外配置供电电路,而MAX16160并不需要额外供电电路,在其监测的四路通道中,只要有一路达到MAX16160的最低供电电压1V,MAX16160就可以开始工作。这种设计,解决了工程师面临的两个问题。首先,四路被监测通道中第一路达到1V以后,MAX16160就开始工作,避免了系统时序不确定的状态;其次,由于额外供电时,工程师需要全面考虑上电顺序,以确保系统能正常工作,而采用“无供电上电”方式的芯片,其自身上电时序与四通道中第一个上电达到1V的通道同步,所以可以简化系统设计难度,减少开发任务量。MAX16160所有输入电压监测精度为±1%,比竞争产品 (通常所有输入的精度为±1.50%) 提高50%。器件采用6焊球WLP (1.408mm x 0.848mm) 封装,比最接近的竞争产品减小85%。

第三款产品是精密电压基准MAX6078A,在超低功耗的前提下,能够实现高精度测量,也是行业内罕见的解决方案。电压基准设计总要面临精度与功耗如何平衡的问题,通常只有在高功耗的情况下,才能实现高精度,如果要降低功耗,代价则是减小精度。MAX6078A却跨国了两难选择,它具有±0.04%初始精度,精度比同类竞品高20%,但MAX6078A的静态电流仅为15µA,该解决方案使得电池供电和能量收集系统的精密测量成为可能。MAX6078A的工作电流仅为最接近的竞争产品的1/6.6,方案尺寸仅为1.458mm x 1.288mm,比竞争方案小58%。

极致性能确保高性能模拟芯片生存空间

模拟芯片种类多常带给用户烦恼,特别是初级工程师,不过Maxim这次带来了基础模拟工具包,把性能最极致的20款芯片放在一个工具包中,让用户便捷地试用。Maxim网站还提供DC-DC selector工具,帮助用户最快完成电源芯片选型。

Maxim基础模拟工具包

SoC确实能将一些模拟功能集成到单芯片上,但David Andeen认为,更多的高性能模拟芯片仍将以独立器件的模式生存下去。这主要是因为两点,首先,高性能模拟芯片的制造工艺往往定制化,不易被集成到标准逻辑工艺中;其次,SoC设计通常考虑的是系统性能最优化,这时候并不一定局部最优,然而在具体应用中,当用户需要对某个局部参数进行优化时,SoC提供的功能往往不能满足需求,这就需要用独立模拟器件来实现。

Databeans市场调研总监Susie Inouye支持了David Andeen的看法,他说:“高性能基础模拟器件是系统设计者成功的关键。Maxim最新的基础模拟系列产品,能够帮助终端领域的设计者节省宝贵的时间和精力,使其专注于自身的专业领域,而把复杂的模拟设计交给专业人员。”

· 2019-11-07 09:14  本新闻来源自:TechSugar,版权归原创方所有

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