NS使CTSD走出實(shí)驗(yàn)室 引領(lǐng)ADC技術(shù)革新

      “15年來，CTSD技術(shù)一直是高校與業(yè)內(nèi)的熱門研究課題。采用連續(xù)時(shí)間 sigma-delta (CTSD) 技術(shù)的高速模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器（ADC）ADC12EU050芯片的推出意味著美國(guó)國(guó)家半導(dǎo)體(NS)成為首家成功將CTSD技術(shù)從實(shí)驗(yàn)室轉(zhuǎn)移到實(shí)際生產(chǎn)應(yīng)用領(lǐng)域的芯片廠商。美國(guó)國(guó)家半導(dǎo)體還計(jì)劃推出更多采用CTSD技術(shù)的模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器產(chǎn)品，讓成像系統(tǒng)、通信設(shè)備以及測(cè)試和測(cè)量?jī)x表等電子產(chǎn)品能夠以極低的功率發(fā)揮卓越的動(dòng)態(tài)性能。” 美國(guó)國(guó)家半導(dǎo)體亞太區(qū)放大器產(chǎn)品市場(chǎng)經(jīng)理龔銘潭充滿信心地對(duì)《電子產(chǎn)品世界》記者表示。

美國(guó)國(guó)家半導(dǎo)體亞太區(qū)放大器產(chǎn)品市場(chǎng)經(jīng)理龔銘潭

        龔經(jīng)理介紹說，這款8通道、12位、50MSPS的ADC12EU050模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器屬于美國(guó)國(guó)家半導(dǎo)體PowerWise高能效芯片系列產(chǎn)品。該產(chǎn)品的無混疊信號(hào)采樣帶寬達(dá)25MHz，并且功耗只有350mW，比原有的流水線型ADC的功耗降低了30%。這款芯片在低功率技術(shù)上取得新的突破，將延長(zhǎng)便攜式超聲波醫(yī)療設(shè)備及工業(yè)用成像系統(tǒng)中電池的壽命，并降低設(shè)備的散熱量。CTSD的優(yōu)點(diǎn)在于不但可以添加信號(hào)調(diào)節(jié)等信號(hào)路徑功能，而且可為模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器增添濾除混疊信號(hào)的濾波功能，大幅精簡(jiǎn)系統(tǒng)設(shè)計(jì)。ADC12EU050芯片的創(chuàng)新CTSD架構(gòu)相比于傳統(tǒng)的流水線架構(gòu)有如下的優(yōu)勢(shì)：
        •更低功耗。

        •集成濾除混疊信號(hào)的低通、磚墻式濾波器，可將頻帶外的信號(hào)濾除。

        •易于驅(qū)動(dòng)，采用純電阻式輸入級(jí)，無需外加采樣及保持放大器。

        •集成鎖相環(huán)路（PLL）和壓控振蕩器（VCO），可以執(zhí)行時(shí)鐘調(diào)節(jié)功能，讓系統(tǒng)設(shè)計(jì)工程師可以采用成本經(jīng)濟(jì)的時(shí)鐘電路。 

        •芯片內(nèi)置實(shí)時(shí)超載恢復(fù)(IOR)電路。即使輸入信號(hào)超過預(yù)設(shè)極限，也可在一個(gè)時(shí)鐘周期內(nèi)從飽和狀態(tài)下恢復(fù)過來。

        對(duì)于《電子產(chǎn)品世界》記者提出的，CTSD技術(shù)的先進(jìn)性如此之多，緣何15年來一直沒能走出實(shí)驗(yàn)室為市場(chǎng)服務(wù)呢？對(duì)此，龔經(jīng)理解釋說，CTSD是一項(xiàng)較為復(fù)雜的技術(shù)，因此由研發(fā)至正式投入生產(chǎn)需要較長(zhǎng)的時(shí)間。CTSD要面對(duì)現(xiàn)有技術(shù)如流水線技術(shù)的競(jìng)爭(zhēng)，因此這種新技術(shù)必須在功能與特色方面都比現(xiàn)有技術(shù)優(yōu)勝，才能受客戶歡迎。早在上一世紀(jì)90年代初至90年代中期為止，采用CTSD技術(shù)的模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器只能支持低速的產(chǎn)品，例如數(shù)字音頻系統(tǒng)。直至幾年前，帶寬高達(dá)10MHz以上的模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器才正式面世：例如，15MHz的型號(hào)在 2003年推出，而20MHz的型號(hào)則在2006年推出。設(shè)計(jì)CTSD技術(shù)時(shí)要面對(duì)的挑戰(zhàn)：
        •內(nèi)置調(diào)制環(huán)路的采樣時(shí)鐘速率較高，因此需要低抖動(dòng)采樣邊緣的配合。由于美國(guó)國(guó)家半導(dǎo)體成功開發(fā)創(chuàng)新的電感式LC儲(chǔ)能電路，因此可以提供如此低抖動(dòng)的采樣邊緣。此外，內(nèi)置的時(shí)鐘調(diào)整電路可為高性能數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換系統(tǒng)提供必要的低抖動(dòng)時(shí)鐘信號(hào)。
        •必須充分利用最先進(jìn)的CMOS工藝技術(shù)，才可降低設(shè)計(jì)復(fù)雜的多級(jí)數(shù)字濾波器的生產(chǎn)成本，以及支持較高的內(nèi)部采樣率，確保輸出采樣率可以進(jìn)一步提高。
        •為了可以提高數(shù)據(jù)輸出率以及支持較高的分辨度，必須采用高速、可調(diào)諧、而且在任何情況下都能穩(wěn)定操作的多級(jí)SD調(diào)制器。
        •雖然采用CTSD技術(shù)之后，放大器的技術(shù)要求便無需那么嚴(yán)格，但結(jié)構(gòu)上仍需采用其他高精度電路。對(duì)于線路幼小、供電電壓較低的CMOS工藝來說，面對(duì)的挑戰(zhàn)會(huì)更為艱巨。
        同時(shí)，龔經(jīng)理還向《電子產(chǎn)品世界》記者透露， NS公司能率先將CTSD技術(shù)應(yīng)用到生產(chǎn)方面，推出CTSD ADC，源于對(duì)Xignal Technologies的收購。Xignal Technologies 公司一直在研究如何將CTSD技術(shù)應(yīng)用到生產(chǎn)方面。這種技術(shù)的發(fā)展契機(jī)則在2007年1月，當(dāng)時(shí)美國(guó)國(guó)家半導(dǎo)體成功并購該公司，并決定繼續(xù)加強(qiáng)這方面的研究。之后，美國(guó)國(guó)家半導(dǎo)體便充分利用先進(jìn)的集成電路設(shè)計(jì)、產(chǎn)品開發(fā)、測(cè)試和生產(chǎn)工藝等技術(shù)，終于在不足12個(gè)月內(nèi)成功推出第一款可正常操作的硅片。
        ADC12EU050模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器可以提供高達(dá)25MHz的無混疊信號(hào)采樣帶寬，轉(zhuǎn)換速度為40MSPS至50MSPS，信噪比及失真(SINAD)為68dB，信噪比為70dBFS。若以1.2V的供電電壓及50MSPS的采樣速度操作，這款芯片的單位通道的功耗為44mW，總功耗只有350mW。可編程串行輸出具有業(yè)界標(biāo)準(zhǔn)低電壓差分信號(hào)傳輸(LVDS)和可調(diào)節(jié)低電壓信號(hào)傳輸(SLVS)兩種模式可供選擇。由于ADC12EU050采用可編程串行輸出模式，可以大大簡(jiǎn)化互連設(shè)計(jì)。ADC12EU050芯片采用68引腳的 LLP 封裝，大小只有10mm x 10mm，而且可在攝氏-40至85 度的溫度范圍內(nèi)操作。目前已有樣品供應(yīng)，并定于2008年第3季開始批量供貨，采購以1,000顆為單位，單顆價(jià)為64美元。

        當(dāng)記者問及，CTSD ADC 雖然具有諸多優(yōu)點(diǎn)，但在價(jià)格方面相比流水線ADC而言，是否具有優(yōu)勢(shì)呢？NS公司對(duì)此回答說，市場(chǎng)上剛剛發(fā)布的流水線ADC ，定價(jià)在 $61~$68。而NS的ADC12EU050定價(jià)為 $64。而且因?yàn)椴捎昧巳碌腃TSD架構(gòu)，速度更高，功耗比原有流水線產(chǎn)品低30% 。因此，NS的CTSD ADC芯片其實(shí)更具優(yōu)勢(shì)。

        龔經(jīng)理充滿信心地預(yù)期，基于CTSD的諸多技術(shù)優(yōu)勢(shì)，隨著CTSD技術(shù)的發(fā)展，未來CTSD ADC將取代流水線ADC占領(lǐng)市場(chǎng)，廣泛應(yīng)用于醫(yī)療設(shè)備及工業(yè)用成像系統(tǒng)、測(cè)試測(cè)量、無線通信等系統(tǒng)中。