電子發(fā)燒友網(wǎng)報(bào)道（文/梁浩斌）ADC是連接模擬世界和數(shù)字系統(tǒng)的橋梁，是信號(hào)鏈芯片中的核心。如何提高ADC的采樣率（速度）、分辨率（精度），同時(shí)又降低功耗，是各大模擬廠商技術(shù)迭代的方向，高速高精度ADC也是國際上模擬芯片巨頭最高的技術(shù)壁壘之一。

最近海思推出了一款SAR ADC，就實(shí)現(xiàn)了高采樣率和高分辨率的“雙高”指標(biāo)，刷新了國產(chǎn)ADC的性能極限。

2MSPS、24位SAR ADC，突破國產(chǎn)ADC性能極限

海思這次推出的SAR ADC型號(hào)為AC9610，采樣率達(dá)到2MSPS，可確保精準(zhǔn)捕獲μs級(jí)瞬態(tài)信號(hào)；采樣精度更是達(dá)到24bit，可精準(zhǔn)識(shí)別0.5uV弱小信號(hào)的差異；INL誤差僅為±0.9ppm。

同時(shí)憑借創(chuàng)新的低噪聲設(shè)計(jì)，該芯片在2MSPS采樣率下可達(dá)到103.5dBFS的SNR，在1Ksps采樣率時(shí)更是高達(dá)138dBFS，即便在強(qiáng)干擾環(huán)境下依然能夠分辨目標(biāo)信號(hào)與噪聲信號(hào)。通過先進(jìn)的封裝設(shè)計(jì)技術(shù)，AC9610支持-40°C~125°C寬溫工作，同時(shí)保證低溫漂，確保工業(yè)復(fù)雜環(huán)境下仍能正常運(yùn)行。

當(dāng)然，除了工業(yè)應(yīng)用，醫(yī)療設(shè)備、高端儀器儀表、精密傳感器等都需要用到高采樣率高采樣精度的ADC。海思表示，醫(yī)療裝備領(lǐng)域中無論是關(guān)乎疾病精準(zhǔn)診斷的醫(yī)學(xué)影像設(shè)備，如 CT、MRI，還是用于生命體征監(jiān)測的各類儀器，數(shù)據(jù)采集的速度與精度直接關(guān)聯(lián)著患者的生命健康，只有準(zhǔn)確且迅速地捕捉生理信號(hào)，才能為臨床決策提供可靠依據(jù)。

SAR ADC（Successive Approximation Register Analog-to-Digital Converter，逐次逼近寄存器型模數(shù)轉(zhuǎn)換器）是通過逐次逼近的方式將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，廣泛應(yīng)用于嵌入式系統(tǒng)、傳感器接口、工業(yè)控制等領(lǐng)域。

在SAR ADC工作時(shí)，首先是對(duì)輸入的模擬電壓進(jìn)行采樣并保持，然后從最高有效位（MSB）開始，通過內(nèi)部數(shù)模轉(zhuǎn)換器（DAC）生成參考電壓，與輸入電壓比較。

比較器判斷輸入電壓是否大于參考電壓，如果輸入電壓更大，則保留當(dāng)前位為1，并增加下一次的參考電壓；如果輸入電壓更小，則將該位設(shè)為0，并降低參考電壓。通過重復(fù)這個(gè)過程，依次來確定每一位的值。經(jīng)過N次比較（N為ADC的采樣精度位數(shù)）后，逐次逼近寄存器中的數(shù)字值即為最終轉(zhuǎn)換結(jié)果。

SAR ADC的優(yōu)勢在于其結(jié)構(gòu)相對(duì)簡單，功耗較低，轉(zhuǎn)換速度較快，適用于不需要極高轉(zhuǎn)換速率的應(yīng)用場景。此外，它們不需要復(fù)雜的抗混疊濾波器，因?yàn)樗鼈儽举|(zhì)上是采樣－保持設(shè)備。

相比Delta-Sigma ADC，SAR ADC速度更快，延遲更低，但一般分辨率較低（Delta-Sigma ADC一般在24位以上）。由于其平衡的性能和低功耗特性，SAR ADC成為許多嵌入式系統(tǒng)的首選ADC類型，適用于多通道、高速、中等精度場景，比如工業(yè)控制、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)等。

ADC在采樣率和分辨率兩個(gè)核心參數(shù)上，基本上可以說是“平衡的藝術(shù)”。當(dāng)提升了采樣率，分辨率就難以避免地降低；而提高了分辨率，采樣率就需要下降。一個(gè)生活中常見的場景就是：HDMI2.1標(biāo)準(zhǔn)的線纜，可以最高支持8K/60Hz的視頻傳輸，而當(dāng)分辨率下降到4K時(shí)，就可以傳輸120Hz的視頻。

所以海思AC9610的推出，在SAR ADC高速的優(yōu)勢下，兼顧24位的高精度，在采樣率和采樣精度上同時(shí)實(shí)現(xiàn)了高指標(biāo)，突破了SAR ADC性能的限制，追趕上國際領(lǐng)先水平。更高性能的ADC，能夠?yàn)?a target="_blank">工程師提供新的解決方案，真正實(shí)現(xiàn)高速高精度的精密信號(hào)采集系統(tǒng)。

國產(chǎn)ADC產(chǎn)業(yè)鏈正在快速崛起

實(shí)際上高精度、高采樣率ADC，過去也是國產(chǎn)模擬芯片的一個(gè)短板之一。高速ADC/DAC市場幾乎被TI、ADI（收購Maxim）二家公司所壟斷，占國內(nèi)市場超過90%份額。同時(shí)，在美國的出口管制清單中，也包含了一些高分辨率、高速ADC產(chǎn)品，比如采樣速率400MSPS以上的12-14bits ADC。

這次海思推出的AC9610，從規(guī)格和參數(shù)指標(biāo)推測，可能是對(duì)標(biāo)ADI此前推出的AD4630-24。這款A(yù)DI的SAR ADC產(chǎn)品同樣具備2MSPS采樣率，24bit采樣精度以及0.9ppm的INL精度，SNR典型值為105.7 dB。

隨著國產(chǎn)替代的需求，國內(nèi)近年來其實(shí)也有不少廠商推出了技術(shù)指標(biāo)能夠?qū)?biāo)海外領(lǐng)先水平的產(chǎn)品，包括芯海、思瑞浦、圣邦微、納芯微、聯(lián)影微電子等都推出了豐富的工業(yè)、車規(guī)應(yīng)用的ADC產(chǎn)品，并已經(jīng)實(shí)現(xiàn)大規(guī)模的出貨應(yīng)用。

比如芯海科技去年推出的CS1795x系列SAR ADC產(chǎn)品，該系列產(chǎn)品規(guī)格為12bit、1MSPS速率，支持4/8/12/16通道，信噪比SNR為68.5dB。CS1795x系列還成功通過AEC-Q100車規(guī)認(rèn)證，產(chǎn)品適用于BMS、工業(yè)自動(dòng)化、醫(yī)療設(shè)備等多個(gè)應(yīng)用。

納芯微去年10月推出的多通道24/16位、低功耗、高精密 Delta-Sigma 型ADC，NSAD124x和NSAD114x 系列，具有3ppm積分非線性和高達(dá)23.4位的有效分辨率，專為滿足工業(yè)級(jí)高精度測溫需求而設(shè)計(jì)。

過去國內(nèi)SAR ADC以12bit/16bit為主，24bit的產(chǎn)品雖然也有多家廠商推出，但采樣速率均遠(yuǎn)低于2MSPS。

當(dāng)然參數(shù)還要看具體應(yīng)用場景，比如在激光雷達(dá)的應(yīng)用中，采用ToF測距技術(shù)時(shí)，測距精度直接取決于ADC的采樣速率，因此往往會(huì)采用采樣速率1Gsps以上的高速ADC，但相對(duì)精度要求較低，一般是8bit。

比如目前市面上激光雷達(dá)中比較常見的ADC08D1000，這顆來自TI的高速ADC分辨率為8bit，支持雙路1Gsps或單路2Gsps的采樣速率。

在高速ADC領(lǐng)域，目前國內(nèi)芯佰微、靈矽微、迅芯微電子、時(shí)代民芯、芯熾科技等廠商均推出了1Gsps以上速率的高速ADC產(chǎn)品。

比如靈矽微在2020年成功流片了8bit、1GSPS采樣速率的高速、低功耗ADC，并宣布已經(jīng)獲得激光雷達(dá)客戶百萬元訂單。靈矽微表示這款A(yù)DC是國內(nèi)唯一正向設(shè)計(jì)的1GSPS 8bit ADC產(chǎn)品，速度精度一致的情況下，與ADI、TI同類產(chǎn)品相比，功耗降低70%，高溫適用范圍提高20℃，完美適應(yīng)激光雷達(dá)以及示波器客戶的需求。

芯熾科技在2022年推出的SC10D9501低功耗高性能ADC，分辨率為10bit，雙通道采樣率也高達(dá)1.5GSPS，單通道更是可以實(shí)現(xiàn)3GSPS采樣率（DES模式）。該芯片單路1.9V電源在1.5GSPS的非多路復(fù)用模式下典型功耗為2.19瓦，芯熾科技表示與國外同類型產(chǎn)品相比，SC10D9501面積降低70%，功耗降低50%，高低溫性能優(yōu)越。

寫在最后：

高性能高精度ADC在工業(yè)自動(dòng)化、醫(yī)療設(shè)備、高端測量儀器中是關(guān)鍵部件，ADC直接影響到設(shè)備的工作性能。作為模擬芯片中的重要一環(huán)，要做好ADC并不容易。除了本身在工藝、設(shè)計(jì)上需要有多年的技術(shù)迭代積累，如何在市場上與早已成熟的海外大廠產(chǎn)品進(jìn)行競爭，這需要國內(nèi)模擬芯片廠商緊貼市場需求，堅(jiān)持正向研發(fā)。

在過去幾年時(shí)間里，隨著國產(chǎn)替代需求的爆發(fā)，本土模擬廠商已經(jīng)加速了高性能ADC產(chǎn)品的開發(fā)，目前在工業(yè)、汽車、醫(yī)療等應(yīng)用領(lǐng)域都基本已經(jīng)實(shí)現(xiàn)覆蓋。

而高端的ADC產(chǎn)品專利壁壘較大，同時(shí)更加需要制造端和設(shè)計(jì)端的緊密協(xié)同，相信在本土模擬芯片廠商的努力下，國產(chǎn)高端ADC的“空白”將會(huì)越來越少。