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在芯片高度集成化的大势下,基础模拟器件走高精尖的路子能否“逆流而上”?

2019-11-21 09:25
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随着电子设备向着多功能和小型化发展,电子元器件在缩小尺寸的同时也将更多功能进行集成,从而减少外围器件的数量,简化用户的电路设计。然而,电子设备的功能复杂化也对电子元器件,尤其是基础模拟电子元器件的性能、功耗、效率提出了更高的要求。

例如,通信设备一旦停机,用户端就会陷入一片混乱,设备厂商和运营厂商为了保证系统持续运行,需要处理器监控电路,实时监控电源电压的故障,出现问题马上进行系统重启;医院中的病人体征参数需要实时监测,如果测量精度不准,非常容易引起医疗事故,因此医疗设备需要信号调理电路,确保系统不用反复校准;工业领域正在从集中式控制向分布式控制发展,工厂的各个角落都需要监控模块,而且每个模块需要独立工作,且性能和准确度都要得到保障。

为了满足以上更高的需求,需要接口、调节器、数据转换器、信号调节、监控器、温度传感器等多种通用模拟器件为各类应用提供支持,并保证实现高能效、精密测量、稳定互联、可靠保护。Maxim 核心产品事业部执行业务总监 David Andeen 预计,高性能技术模拟器件是系统设计者成功的关键,未来的各种应用对高性能器件的需求越来越强烈。我们的创新是在芯片中创建最高性能的、单一功能的集成电路

Maxim 核心产品事业部执行业务总监 David Andeen

通过nanoPower技术支持客户的四大需求

模拟设计以复杂著称,工程师要想又好又快地完成产品设计,需要多年的经验积累,Maxim 为此成立了核心产品事业部,目标就是创建最高性能的基础模拟器件,帮助终端用户节省时间和精力,使其专注于自身的产品构建。

Nano power 技术是 Maxim 的一个产品系列,包括电源产品、放大器、RTC 等产品,其最大的特点就是静态功耗低于 1 微安。David 强调,“我们部门的目标是把电源转换效率和精度做到最高,满足用户对高能效、高精密测量、稳定互联和可靠保护的需求。”

Maxim 的 MAX16155 是业界最低功耗的 nanoPower 监控器,其耗流典型值仅为 400nA,是竞争方案所需供电电流的 4%,在几乎零功耗的状态下提供可靠系统保护。器件通过监测系统电路的欠压故障,并利用看门狗定时器在故障状态下使系统保持复位状态,确保便携式、低功耗设备在发生电源故障或软件故障时安全工作。IC 采用微型、6 引脚 SOT23 封装。针对 MAX16155 仅是竞争方案所需供电电流的 4%这一参数,David 做了解释,“参考基准电流是 400nA,此产品的静态电流是 57nA。一般电源需要用到分压电阻,会消耗功率,因此无法做到 nano,外部电路需要用很大的电阻,在启动时会读电阻值,我们采用芯片启动方式,启动后会断开外部电阻,处于省电模式,功耗会大大降低。”

除了 MAX16155,Maxim 还推出了 MAX6078A 电压基准 IC 和 MAX16160 电压监测器。其中,MAX6078A 具有±0.04%初始精度,精度比同类竞争产品的高 20%,静态电流仅为 15µA,使得电池供电和能量收集系统的精密测量成为可能。器件的工作电流比最接近的竞争产品低 6.6 倍,方案尺寸仅为 1.458mm x 1.288mm,比竞争方案小 58%。使精密电压基准在严苛的电池功率预算下提供工业级高精度方案。

MAX16160 业界唯一一款“无供电上电”四通道电压监控器及复位 IC,当四路电源轨的任何一路高于 1V 时即可保持低电平复位,这一特点对容错系统应用至关重要,可以为 VCC 电源轨上电提供灵活性。David 指出,“该款芯片凭借确定的低电平复位输出,提供业界最可靠的多电源系统上电启动和连续工作模式。这种“无供电上电”特性避免了系统的不确定状态,工程师可以轻松配置各路电源的上电顺序。所有输入电压监测精度为±1%,比竞争产品 (通常所有输入的精度为±1.50%) 提高 50%。器件采用 6 焊球 WLP (1.408mm x 0.848mm) 封装,比最接近的竞争产品减小 85%。”

为了方便用户采用这些基础模拟器件进行设计,Maxim 还提供包括 20 条产品线在内的基础模拟工具包,帮助用户加快产品设计速度。

基础模拟产品迈上“高精尖”是一大发展趋势

在芯片普遍高度集成化的大趋势下,基础模拟器件守着“高精尖”是否会打出一片天地?David 表示,“这确实是一大发展趋势,虽然高度集成芯片集成了很多功能,但是用户开发的复杂度越来越高,有些功能未必需要。大公司对产品的设计概念很清晰,可以做定制化高集成度产品,比如 ASIC、ASSP 等,但是小公司一般预算不足,难以支持高集成度产品的定制开发,高性能基础模拟器件能够让他们达到自己的产品设计性能,并降低成本;另外,如果大客户要让产品达到更高性能,把模拟器件整合到一起也很难实现这一目标。”

“除此之外,在模拟领域产品尺寸小型化也是一大趋势,尺寸缩小的同时功耗也要同步降低 ” David 补充。

设计高性能芯片也面临很多挑战,工艺不同,会出现干扰问题,虽然单芯片性能非常突出,Maxim 同样的 IP 在做集成时性能是否会打折扣?David 表示,Maxim 的 IP 在公司中是共享的,如果用于做集成产品,有可能在性能上打折,但是要考虑实际的应用。

创新和服务是赢得用户的最大砝码

核心产品事业部成立之初,有很 600 多款流行的产品划到这个部门,随着产品数量的增加,用户在设计中进行选型会出现困难,为了帮助客户更快速进行产品设计,Maxim 为用户提供了 EE-Sim 工具,可以帮助用户生成一个交互式示意图,其中包含可以调整的组件。EESIM 具有一个高效的模拟引擎,每个设计迭代可以在几分钟内模拟。所得到的波形,如波特图和电压图,可用于所包含的波形查看器中的分析。对于电源产品,用户只需输入电压、输出电压、输入电流、输出电流,EE-Sim 工具就可以提供电源表格。

左:EE-Sim 工具;右:基础模拟器件套装盒

模拟器件市场的竞争也非常激烈,Maxim 看到这一市场需求,其他厂商也一定会随后跟进,如何最大限度发挥优势、脱颖而出成为关键点。David 认为有两点,第一要做最好的产品,满足客户的设计需求,第二要给予客户周到的支持,提高用户的使用便利性。

因此,Maxim 提供了一个产品套装盒,用户可以在盒子中找到 Maxim 各种最高性能的基础模拟产品,还可以获得各种设计资源,包括评估板、软件支持、仿真工具等。

作者:郭云云

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