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國產(chǎn)ADC芯片打入高端局


  來源: 半導體產(chǎn)業(yè)縱橫 時間:2025-06-16 編輯:清風
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作者:鵬程


近日,海思發(fā)布了高精度ADC芯片AC9160引發(fā)行業(yè)關(guān)注。


官方資料顯示,該芯片采用SAR ADC架構(gòu)實現(xiàn)了2Msps采樣率的同時,保持了24bit的超高采樣精度。憑借創(chuàng)新的低噪聲設(shè)計,該芯片在2Msps下可達到103.5dBFS的SNR,在1Ksps更是高達138dBFS,即便在強干擾環(huán)境下依然能夠分辨目標信號與噪聲信號。通過先進的封裝設(shè)計技術(shù),AC9610支持-40°C~125°C寬溫工作,同時保證低溫漂,確保工業(yè)復(fù)雜環(huán)境下仍能正常運行。


那么這顆芯片的發(fā)布到底意味著什么呢?其有何過人之處?


1、ADC芯片有多重要?


在很多設(shè)備上,傳感器接收到的信息是模擬信號,比如電壓值、電流值等等。模擬信號是連續(xù)的信號,典型代表包括CT、MRI之類的醫(yī)療設(shè)備。但是在數(shù)字世界中,CPU、MCU等各類電子設(shè)備大腦處理的是數(shù)字信息,模擬信號不方便進行處理,因此需要一類芯片將模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號


一般而言,在連續(xù)的模擬信號中采取樣本,然后再用樣本估算整體,采樣得到的數(shù)據(jù),就變成了離散的數(shù)字信號。將模擬信號轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號的芯片就是ADC芯片,也叫模數(shù)轉(zhuǎn)換器(Analog-to-Digital Converter)。


ADC芯片用于將真實世界產(chǎn)生的模擬信號(如溫度、壓力、聲音、指紋或者圖像等)轉(zhuǎn)換成更容易處理的數(shù)字形式;DAC(Digital to analog converter)的作用恰恰相反,它將數(shù)字信號調(diào)制成模擬信號。ADC和DAC是真實世界與數(shù)字世界的橋梁,屬于模擬芯片中難度最高的一部分,因此被稱為模擬電路皇冠上的明珠。在轉(zhuǎn)換器芯片中,ADC應(yīng)用最為廣泛,在兩者的總需求中占比接近80%。


ADC既然要采樣,那就離不開兩大關(guān)鍵數(shù)據(jù),即采樣精度和采樣速度。采樣精度用“位”來表示,現(xiàn)在常用的ADC,采樣精度有8位、16位、24位、32位,采樣速率用“Sps”來表示,意思是“每秒可以采集多少個樣本”。一般而言,采樣精度高,采樣速率就快不起來,采樣速率太快了,那采樣精度就高不起來。


比如,從技術(shù)參數(shù)來看,部分國產(chǎn)超高速ADC芯片已經(jīng)達到了國際領(lǐng)先水平。成都華微去年發(fā)布的超高速AD轉(zhuǎn)換器HWD08B64GA1型,其采樣率最高可達64GSPS,但其采樣精度只有8位。該產(chǎn)品是國內(nèi)首家基于自主28nm工藝設(shè)計的8位64G超高速AD轉(zhuǎn)換器,具備抗輻照能力,全流程自主可控。該芯片輸入帶寬達20GHz,誤碼率低至1e-15,功耗低至4W。已在多家用戶單位形成小批量供貨,應(yīng)用領(lǐng)域涉及航天、航空、探測、感知、無線通信等。在技術(shù)水平方面,成都華微稱“該芯片是國內(nèi)首家50GSPS以上采樣速率的超高速ADC,性能可比肩國際最高水平”。


2、國外企業(yè)統(tǒng)治市場


第一個ADC芯片是由IBM的M. Klein于1974年發(fā)明,到2019年,已經(jīng)整整45年的歷史,它的基本架構(gòu)、設(shè)計方法、原理已經(jīng)非常成熟。


目前ADC市場,特別是高端ADC市場由亞德諾(ADI)、德州儀器(TI)這兩家大廠壟斷,其有著極其豐富的產(chǎn)品矩陣,從采樣精度能做到32位的極高精度型,到采樣速度能做到20G的極高速度型,各種價位段,各種參數(shù),應(yīng)有盡有。


國內(nèi)ADC芯片市場,ADI和TI兩家的產(chǎn)品吃掉約95%的份額,其中ADI一家就搶走56%的市場份額。高速、高精度ADC芯片是模擬芯片的皇冠,在軍工、科研、通信等市場中有不可替代的作用,其出貨量雖然遠小于普通ADC芯片,但由于單價較高,其市場規(guī)??蛇_到ADC芯片的一半,具有壁壘高、市場規(guī)模大的特點。


然而,在上世紀90年代,西方發(fā)達國家便通過《瓦森納協(xié)定》對高性能的ADC芯片進行管控,高端ADC芯片甚至完全禁運到中國。


根據(jù)《瓦森納協(xié)議》,如下不同規(guī)格的AD轉(zhuǎn)換器被限制對華出口:


“8bit至10bit精度的ADC,如果采樣率超過1.3GSPS(十億次每秒)則被限制出口。


10bit至12bit精度的ADC,如果采樣率超過600MSPS則被限制出口。


12bit至14bit精度的ADC,如果采樣率超過400MSPS則被限制出口。


14bit至16bit精度的ADC,如果采樣率超過250MSPS則被限制出口。


16bit及以上精度的ADC,如果采樣率超過65MSPS則被限制出口。”


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