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把握“国产替代”机遇
发布时间：
2023-04-11 14:21
来源：
传统上我们习惯将集成电路分为模拟IC和数字IC，分别处理实现物理世界的模拟信号，以及数字世界的“0”和“1”。然而，实际应用中却没有泾渭分明的界限，往往是模拟和数字电路混合在一起的，特别是日益复杂的消费类电子产品和医疗设备。这种将模拟和数字信号混合在一起处理的芯片称为混合信号IC，模数转换器(ADC)就是一个典型的混合信号器件。如果一颗芯片围绕微处理器集成一系列外围电路或功能模块，比如模拟电路、数字电路、ADC/DAC，以及各种接口，甚至RF模块等，那么它就被称为“混合信号系统级芯片(SoC)”。
混合信号IC或SoC要比单纯的模拟电路或数字电路更难设计和制造，就拿供电电源来说，模拟电路和数字电路有着完全不同的电压要求和功耗特性，要同时兼顾对设计工程师来说可不是小事。此外，混合信号SoC一般都是针对某个特定的应用而集成专门的功能模块，因此需要更为专业的知识、经验、技能、设计工具，以及测试和验证工具。混合信号的设计和制造难题包括：
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· CMOS工艺一般适合数字电路，而模拟器件使用双极晶体管才能获得更好的性能。若要使用同一种制造工艺来生产混合信号IC，就必须做出性能特性的折中。直到最近10来年高性能CMOS、BiCMOS、CMOS SOI和SiGe等工艺技术的发展才让混合信号器件达到了所期望的性能。
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· 混合信号IC的功能性测试仍然比较复杂和昂贵，需要从泰瑞达和是德科技等测试仪器供应商那里购买专门的混合信号芯片测试设备和方案。
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· 模拟器件和混合信号器件的设计方法要比数字器件简陋很多，模拟电路也无法像数字电路那样通过EDA工具自动生成。混合信号架构师在设计芯片架构时要能够满足多个目标，比如最小化占用面积和功耗、混合信号模块的布局布线优化以降低耦合噪声和平衡电压电流分配等。
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· 高速数字信号会将噪声引入敏感的模拟输入，比如通过基底耦合路径。这需要专门的技巧或功能模块来阻止或消除这类噪声耦合，比如通过全差分放大器、差分拓扑和片上去耦合等。
TI、ADI、STM、瑞萨和安森美等国际模拟器件和MCU大厂在混合信号SoC的技术和产品方面都有着长期而深厚的功底，那么国内众多的MCU和模拟器件厂商又如何呢？在最近举行的中微半导体冬季新品发布会上，深圳市中微半导体副总经理兼CTO苗小雨先生向与会观众讲解了高精度测量ADC的基本原理和技术实现。当我问他国内芯片设计厂商在技术上跟TI和ADI等国际大厂差距有多大时，他蛮有自信地表示技术不是问题，但要设计出一颗高性能、高精度且高性价比的模数转换器(ADC)也非易事，这需要专注和耐心，因为模拟和混合信号方面的专长需要时间积累。
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