准确把握未来半导体产业技术发展方向

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    2007年度《电子工程专辑》的“最佳产品奖”包括半导体和测试测量在内的10大类别，共有50名候选者，它们在半导体行业中均属遥遥领先者，其产品与技术代表了不同类别最新的发展现状。通过分析这些产品，我们可以准确把握未来半导体产业的技术发展方向。

    AD/DA转换器追求高精度与高速

    毫无疑问，随着先进设计技术以及精密CMOS工艺的发展，AD/DA转换器正在向更高精度(分辨率)和更高速度迈进，此外，根据应用领域的不同，小功耗、小封装尺寸以及易用性，也是此类产品追求的重点。从目前来看，高精度的AD转换器主要分为Δ-Σ型和逐次逼近(SAR)型两种，TI公司的ADS1232和ADI的AD7980正是其中的典型代表。

    24位的高精度ADS1232主要面向高精度测量(特别是电子秤等)领域，内部带有低噪声的可编程精密放大器，精密的Δ-ΣAD转换器和内置的振荡器。

    ADI的AD7980则是一款16位产品，谈到精度问题，该公司表示：“目前，设计人员要求18到24位的更高精度，而事实上，AD7980具有满足这种需求的潜力。该产品所采用的技术允许其捕获电源范围之外的信号，从而可以用来提供更高的精度。”而事实上，ADI最新发布的AD7982，就是有着相同功率、尺寸以及易用性，且引脚兼容的18位转换器。而对于高精度数据捕获技术今后的发展，ADI也指出，其面临的最主要挑战，在于是否能够通过传感器和转换器之间的模拟信号链承载宽动态范围的信号。

    高速AD/DA产品目前开始广泛出现在无线领域，对它们而言，信噪比(SNR)与无杂散动态范围(SFDR)是衡量产品性能的两大关键指标。TI的高速ADS5547(14位)，其采样率超过了200Msps，同时还可在输入速率高达300MHz时保持70dBFs的SNR及74dBc的SFDR。而埃派克森微电子的高速高精度DA转换器A4101，在165MHz时钟采样频率时的SFDR分别达到72dBc(5MHz输出信号频率)和68dBc(10MHz输出信号频率)。    

    使用先进工艺的运算放大器

    消费者对更小的产品尺寸以及更多功能的需求，正在加速低功耗运放的发展步伐。今天，对低功耗运放供电电流低于1mA的传统定义似乎已经无法满足便携式系统设计师的要求。美国国家半导体公司的LMV651芯片，在工作时只耗用115μA的电流，而且同时还可以支持12MHz的单位增益带宽。在此类应用中，宽工作电压范围也不容忽视。凌力尔特信号调理产品部市场经理BrianBlack就表示：“便携式设备的电源有可能取自放电至1.8V以下的电池或充电至12V或更高电压的超级电容器。因此，为了保证在未稳压电池应用中实现良好的工作性能，凌力尔特的LT6003运放的工作电压范围达到1.6~16V。”

    高性能运放也是供应商关注的重点，该类别入围产品美国国家半导体的LM4562和ST的TSH340/TSH341就分别面向高端音、视频领域。国家半导体指出：在一个典型的音频信号通路中，噪声与失真误差是累积形成的，而这直接导致音频器件性能必须是最终系统所要求的10~20倍，因为只有这样才能保证最终系统的性能指标。LM4562运放针对音频应用，总谐波失真及噪声仅为0.00003%。ST的产品则瞄准高分辨率视频领域，除了参加本次ACEAwards评选的TSH340/TSH341外，该公司表示，目前已经发布了下一代高分辨率视频缓存器系列TSH343和TSH344，该公司今年还计划开发带内置重构滤波器的三视频缓存器方案。

    从入围的5款产品来看，先进的工艺技术是提高产品性能的关键。据美国国家半导体介绍，其专有的VIP50BiCMOS工艺最适合生产放大器芯片，可以赋予产品惊人的速度功耗比、更低的闪烁噪声(甚至优于纯CMOS工艺)，以及温度系数极低的薄膜电阻。利用该工艺生产的LMV651，只需115uA的电源电流就达到了12MHz的单位增益带宽。而ADI的AD8250，则采用了该公司的精密的双极CMOS工艺——BiCMOS，不仅为产品提供了高精度，还增加了数字控制。

    高速接口芯片势头猛烈

    2006年，高清晰多媒体接口(HDMI)已经成为用户选择HDTV的标准配置之一，相信这一趋势在2007年将更多地出现在游戏机、HDDVD、蓝光DVD、HDSTB中。据硅谷数模半导体(中国)有限公司透露，目前在其很多本土用户的2007年规划中，HDMI的应用机型范围已经扩大至26英寸以上的平板，并成为标配，这意味着HDMI在中国接收端市场已经启动并进入快速爬升期。

    多媒体开关器件是专用器件的一个新种类，它可以在音频信号、USB数据以及视频信号之间进行切换。由于带有USB端口的便携式设备日益增多，加上USB越来越多地用作数据源、电源和音频源端口，市场对能够改善整体系统性能和提供这些即插即用环境所需ESD保护功能的多媒体开关的需求也相应增加。飞兆半导体公司亚太区总裁郭裕亮认为：“业界将继续流行在单个USB端口上实现头戴耳机、数据线和电源线的能力，而且显然地，2007年将出现一个在便携式设计中广泛采用的通用USB标准。”这样的市场为飞兆的FSA201/FSA221提供了很多空间，这两款产品具有高达VCC-6.5V宽负摆幅性能；高ESD保护能力(10kV)；以及3Ω的超低导通电阻。

    虽然受到HDMI、LVDS等高速接口的影响，但是凌力尔特公司的高级设计工程师StevenTanghe却表示：“RS485标准由于具有相对较大的信号电平、宽共模容差和多节点能力，因而特别适用于噪声环境下的长距离通信。”凌力尔特还认为，对于此类产品，未来采用较小的封装极为重要，将来根本没有封装的芯片至电路板直接贴装可能会变得很普遍。

    更高的数据传输要求推动FPGA发展

    考虑到FPGA能够适应不断增加的消费者需求、行业标准变化、上市时间和成本压力，以及对未来验证系统的需求，很多专家认为三重业务很可能将驱动对高性能平台FPGA的大量需求。而为了满足传输语音、视频和数据对集合带宽的需求，未来的SoC方案必须具备灵活性，并且能够结合极高性能的DSP、处理和连接能力。赛灵思的Virtex-5系列正是这种解决方案的一个很好例子，而且该公司也表示，将借助最新Virtex-5系列产品内在的性能和灵活性优势，与客户一起在互联网的下一波潮流——三重业务中扮演关键角色。

    确实，对大量数据的传输要求正在推动逻辑器件的发展。Altera的StratixIIGXFPGA系列在高性能FPGA架构上整合了高速串行收发器。作为StratixIIGX系列的一部分，Altera还提供全面的协议解决方案。StratixIIGX收发器内建物理编码子层(PCS)模块，从而能够方便实现这些协议设计。每个收发器包括专用电路来支持PCIExpress、CEI-6G-LR/SR、SDI、千兆以太网、SerialRapidIO、XAUI和SONET等传输协议。

    而NXP首批基于快速模式Plus(Fm++)规格的I2C逻辑设备PCA9633/PCA9698/PCA9665频率最高可达1MHz，是以前I2C总线的两倍。NXP公司认为，未来，随着更高的比特带宽日益普及，以及总线控制器允许在目前并不支持Fm++总线的ASIC、FPGA或微控制器上采用频率更高，驱动能力更强的高速模式Plus，GPIO的应用范围将变得更加广泛。

    随着市场对模拟/数字混合技术横向集成及降低产品成本的要求越来越高，Actel的FusionPSC在一块单芯片上集成了混合信号模拟电路、内置Flash内存和FPGA架构。设计人员能像处理混合信号ASIC那样来处理FusionPSC，而且免除了ASIC器件设计周期长和成本高的问题。

    MCU进一步追求低功耗与高集成度

    中国消费电子产品制造和消费需求的迅速升级，正在带动消费类MCU市场的继续快速增长，而低功耗和高集成度已成为目前MCU行业的主流趋势。以TI的超低功耗MSP430为例，该产品基于F2xx架构，具有200mA/MIPS工作电流的特性，还可以在不足1微秒的时间内从待机模式转换到全速工作状态。

    而Atmel的AT91SAM7x中，则集成了功率管理控制器来降低ARM处理器内核功耗。为了满足更高的集成度要求，Atmel在其MCU中集成了更多的存储器、外设和接口。此外，还提供将一个MCU与一个模拟配对芯片或非易失性存储器堆叠在同一个封装中的选择。该公司表示，基于MCU的未来产品更将嵌入一个可配置的逻辑构件，用以替代目前在一个外部FPGA上实现的特定应用逻辑。

    对于那些希望在工业自动化、楼宇自动化、商用系统控制以及家居控制系统中加入远程监控和通信功能的设计人员来说，Microchip的PIC18F97J60中集成了完整的以太网控制器，同时包括了MAC、PHY和RAM收发缓冲器。此外，Microchip还提供免费的TCP/IP软件栈，从而帮助设计人员缩短开发时间。

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