混合信号集成让模拟设计人员进入新角色

Samplify公司实现这一飞跃的途径是面向ODM进行优化，不过这不是无晶圆厂公司唯一可行的办法。苏格兰公司Wolfson Microelectronics表示，它正在寻求将其编解码器用在大公司的参考设计板的机会，从而能将他们的产品卖给OEM。

中国以外的地区

由于远东地区消费类产品的产量极具影响力，因此在讨论这种趋势时，很难不去详细讨论远东地区。不过更高集成度和预先优化的设计也开始在西方工业控制市场出现。

根据定义，工业控制是专注于特定产业的区域性领域，与消费类产品相比，工业控制领域的任何一种项目需要的IC数都非常少。尽管如此，总的来讲，工业控制领域对于分销商而言也是一笔大业务。这里的问题在于，随着半导体公司不断招收越来越多的应届大学毕业生，并将他们派上芯片设计工程师和应用工程师的工作岗位，从事工业控制开发工作的新模拟设计工程师(无论是大公司还是小设计公司)就存在一定的短缺。与此同时，高级设计工程师日渐年长，纷纷退休，一方面在经验上造成损失，另一方面加剧了供应减少的局势。

认识到这一点之后，一些半导体公司开始改革。美国国家半导体公司(NSC)就是一个很好的例子。被德州仪器(TI)收购后，NSC一定会起死回生的其中一个因素就是其WEBENCH在线设计工具组合产品。从过去来看，这些产品致力于采用功能上相对简单(与本文讨论的IC相比)的IC进行设计，不过最近发布针对特定传感器定制的信号调节产品之后，这种局面发生了变化。补充新硬件是一种可定制整个信号链的新型WEBENCH实现方案。(请参见：Chips Implement Sensor Signal Chains From Nanoamps To Bits，网址为http://electronicdesign.com/article/analog-and-mixed-signal/Chips-Implement-Sensor-Signal-Chains-From-Nanoamps-To-Bits.aspx)。

LMP91000就是这种传感器产品中的一个例子，这是一款面向电化学传感应用的可编程模拟前端(AFE)，以下网站上有该产品的说明：http://www.national.com/pf/LM/LMP91000.html#Overview。

电源因素

自从开关稳压器中出现数字控制功能之后，电源管理IC厂商已经走上了与混合信号IC厂商相似的道路。这对于采用中间总线架构(IBA)的应用而言尤其如此，在这类应用中，关闭模拟领域的控制回路通常被视为一种模拟魔术。因此Power-One和NSC等芯片厂商通过图形用户接口(GUI)支持其“数字”电源产品，图形用户接口则承担设计过程中的所有需在工作台上完成的设计工作和大量分析工作。

对于大多数器件来讲，这些产品都是DC-DC开关稳压器，不过Vicor公司最近发布了一款名为PowerBench的电源设计工具，该工具支持从简单的降压稳压器和升压稳压器到完整的多路输出AC-DC电源的设计。

混合信号产品示例

接下来我们抽查一下各种半导体公司最近发布的产品，以此来举例说明上述各种混合信号芯片。

去年3月，TI发布了16位和14位双通道同步采样逐次逼近(SAR) ADC，这两款ADC都带有独立控制的内部电压参考，可简化系统级设计。16位ADS8363、14位ADS7263和12位ADS7223(图1)可以提供同类ADC两倍的每通道吞吐能力，支持高达1Megasample/s的采样速率。这些ADC的目标应用为工业控制领域，而不是消费类或医疗应用。典型应用包括马达控制、电能质量测量、电力自动化以及太阳能和风力发电逆变器。

图1：Bulletproof的参考设计对于销售和应用旨在去除设计特定混合信号应用所需硬件的IC至关重要。这块针对TI公司面向工业控制的ADSxx63双通道SAR的电路板相当简单，因为芯片的使用相对较简单。

集成两个2.5V独立控制的电压参考的意义在于实现独立的ADC增益校准和实现可编程增益放大器。此外，这种功能还可以在每个ADC需要不同的增益水平时减少外部信号调节的需求。

凌力尔特公司(Linear Technology)的新产品一般都针对汽车应用。从高集成度的角度来讲，凌力尔特公司面向混合动力汽车/电动汽车(EV)和其它高压高性能电池系统的LTC6803第二代高压电池监测器可以解决通过串联电池组的高压的问题。多个LTC6803可以在不使用光耦或隔离器的情况下串联在一起(图2)，从而对电池阵列中的每个电池实现精确电压监测。每个LTC6803电池测量IC都包含一个12位ADC、一个精密电压参考、一个高压输入复用器和一个串行接口。单个LTC6803可以测量多达12个串联的独立电池。可以测量的电池电压范围为-300mV至5V，这使得LTC6803能够监测许多不同的化学电池和超级电容。除了精密测量之外，还可以监测每个电池的欠压和过压状况，提供相关的MOSFET使过度充电的电池放电。此外还有一个5V稳压器、一个温度传感器、GPIO线路和热敏电阻输入。

图2：凌力尔特公司针对利基市场的高集成度发展路线包含了在不采用光耦的情况下监测电动汽车电池组状态的诸多技术。

测量汽车的电池阵列有一些独特的要求，从而催生了一些同样独特的解决方案。例如，对于长期的电池组存放，集成式电池管理系统消耗的电流会使电池失去平衡。凌力尔特公司的应对方法是采用待机模式，在该模式下汲取的电流不到12微安。此外，由于LTC6803的电源输入与电池组隔离，因此LTC6803可以汲取独立电源的电流，在这种情况下，从电池组汲取的电流将不到1微安。除此之外，芯片还必须满足汽车温度、环境和安全标准。

今年1月，ADI发布了面向心电图(ECG)系统的模拟前端芯片系列的首款产品。ECG系统可以测量和记录人体心脏的心电活动(图3)，实现对出生缺陷、心律失常、心脏瓣膜问题和心脏肌肉的供血不足等疾病的诊断和分析。

图3：ADI公司用于便携式ECG的模拟前端可以在满足严格要求的同时，节省功耗和BOM成本。

ADAS1000 ECG AFE可以省去5电极心电监护系统的信号链中的50多个元件。该器件还整合了心脏起搏器脉搏检测和呼吸测量功能。这是一个通用器件，因为它可以通过配置来优化噪声性能、功耗或数据速率。这些指标是家庭、门诊和医院ECG系统的不同设计目标。

对于ODM和OEM而言，自然就有相当多的设计支持。评估板包括模拟前端、电源、控制和接口选择方案。由于模拟前端是唯一的，因此ADI将其与ADI的Blackfin DSP(数字信号处理器)、单芯片USB隔离器、四通道数字隔离器、5kV DC-DC转换器，433MHz、868MHz和915MHz ISM波段收发器和各种DC-DC稳压器整合在一起。

TI还推出了一个面向便携式ECG系统的模拟前端系列。最新的24位ADS1298R整合了呼吸检测功能，集成了40多个分立元件(如果不集成的话就需要这么多元件)。该芯片(图4)的功耗比分立实现方案低95%。片上器件包括八个ADC、八个可编程增益放大器(PGA)、八个有源滤波器以及一个心脏起搏器检测接口、持续断线检测功能、一个电压参考和右腿驱动电路等。在参考设计中，该芯片与超低功耗DSP配合使用。参考设计还可以实现示波器、FFT和直方图显示，这体现了芯片公司在这些目标混合信号芯片中提供的设计支持。

图4：除芯片厂商之外的其它公司会从本文介绍的趋势中获益。TI的心电图产品可与ADI相媲美。评估板可与Fluke公司的这款商业仿真器配合使用。

集成度有时候也涉及MEMS。ADI在1月推出了具有I2S(Inter-IC Sound，音频芯片互连)数字输出的高性能MEMS麦克风ADMP441。(这是产前公告，今年6月开始量产)。该公司以前在其iMEMS系列中推出了其它的麦克风产品，不过这款新麦克风器件不需要进行信号调节和数字化操作，而是直接提供24位串行数据输出。其规格如下：频率响应为100Hz至15kHz，SNR为61dBA，电源抑制比(PSRR)为80dBFS。采用4.72×3.76×1.00mm3的封装。

图5：集成并不意味着不使用电子元件。ADI将MEMS麦克风与其相关的电子器件集成在一起，实现了一款尺寸极小的耐用设备。