电源管理器件(返回头部)
电源管理是整个半导体领域最有活力的市场,也是竞争最为激烈的一个市场。各厂家都在想方设法地提高器件的指标,并把更多的功能集成到一起。
1 LED驱动
高效、环保的LED已经成为照明市场的主角,而为其提供直流驱动的LED驱动器也获得了大发展的机会。在2008年,无论是LED驱动器的数量还是种类,都较前有很大的增长。
从技术细节上说,多路输出和大调光比成为很多产品的标识。举例来说,Linear公司推出的LT3598就可以输出44V电压来驱动6 串白光 LED(最多可达60个白光LED),而每串LED的驱动电流为30mA,动态调光比更是达到了3000:1。
RGB LED可以用做LED显示屏、LCD电视的背光以及室内/户外全色LED显示器。因此,对RGB LED驱动器的要求也就格外严格。奥地利微电子在年初发布了RGB LED驱动器AS1112,其集成了12位PWM,每色可提供4 096灰阶,并实现高达680亿RGB颜色。而近日,意法半导体也发布了同类产品——STP24DP05。这是一个驱动电流达80mA的24路恒流输出RGB LED驱动器,支持25MHz操作。每个颜色组的八个输出使用一个外部电阻器,通过这个电阻器可以在5~80mA范围内调节每个LED通道的驱动电流,能独立优化红、绿和蓝光通道的最大亮度。
LED中的另一个亮点是HB LED(高亮度LED),今年的很多芯片也是以此为目的而研发的。Maxim就推出了集成MOSFET和高边电流检测电路的2MHz、高亮(HB) LED驱动器系列产品:MAX16822A/B和MAX16832A/C*。这个系列最大的特点是具备了滞回型降压(buck)模式,能使器件以65V的直流输入电压驱动长串HB LED。这种控制方法无需进行控制环路补偿,从而简化了设计并极大地减少了元件数量。
从总体来说,开关型稳压器占据了LED驱动器的大半江山,并有继续扩大领先优势的趋向。
2 电池管理
由于今年频发锂离子电池安全事故,各厂家对电池的充放电安全和使用监控就格外注意。电池管理芯片都纷纷加强监测和保护功能,TI公司的bq24120就是其中一例。它具备电流监控和电池温度监控功能,反向泄漏保护以防止电池泄漏,热关断与保护以及内置电池检测功能。当然,它还可实现2A的充电速率,同步1.1MHz固定频率,占空比为0%~100%。Intersil公司的ISL9222A也是同类产品,它的输入电压很高,可达到28V,这样就无需额外的过压保护电路。此外,用户还可以利用一个外置电阻器对该器件的充电电流进行编程,当电池电压低于2.55 V时,充电器可以用20 %的编程充电电流对电池进行预处理。
在传统的充放电管理芯片加强保护功能的同时,独立的电池保护芯片也大量问世。例如,Maxim公司的DS2726,其采用高端p沟道保护FET实现完备的过压、欠压、放电电流和短路保护,可以保护5~10节的锂离子电池组。
3 数字电源
08年,数字电源方面的新品不算很多,这可能与这个市场不温不火的局面有关。ADI公司在4月份发布了数字电源控制器ADP1043。它采用了数字控制环路,集成了可编程环路滤波器,能实现:远程电压检测、本地电压检测、源边和副边电流检测、 脉宽调制(PWM)生成以及热插拔检测与控制。另外,为了推广数字电源技术,TI公司就推出了多款数字电源开发工具,包括了C2000系列工具和UCD9240EVM评估板。
值得一提的是,今年发布的多款电源管理芯片都开始配备I2C等数字接口,用户可以通过其连接控制器,实现简单的控制功能。从这一方面来说,数字技术也在更多地融进电源中。
根据市场分析公司的调研,电源管理市场的利润率是非常低的。这也是电源管理产品如此多样化的原因,每家公司都在力图实现差异最大化,以保证长期获利。所以,在09年,我们肯定还会看到更多的新式电源管理器件问世。
数据转换器(返回头部)
我们首先来介绍一个产品:ADI公司的AD7626。这是一个16位SAR型ADC,具有10MS/s的采样率,且信噪比为92dB。今年,有许多类似的产品推出,这就说明了在这个市场中,采样速率和采样精度是两个最为重要的因素,所有产品都在提高自己的这两个指标。
不过,更快、更强绝对不是这个领域唯一的旋律。新技术的引入才是最让人惊喜的。连续时间采样(CTSD)ADC的登场,给数据转换器市场带来了极大的冲击。美国国家半导体是首家将这项在大学校园沉浸了15年的技术引入实用的公司。他们推出了基于此技术的12位、50MS/s的ADC12EU050。其无混叠信号采样带宽高达25MHz,信噪比及失真(SINAD)为68dB,信噪比为70dBFS。若以1.2V的供电电压及50MS/s的采样速度操作,这款芯片的单位通道的功耗仅为44mW,总功耗只有350mW。最为重要的是,CTSD ADC可以填补SAR ADC和Pipeline ADC之间的性能缺口,给无线基站、仪器仪表和医疗带来一个高效的解决方案。而在不远的将来,它更是会成为Pipeline ADC的一个合格接班人。
放大器(返回头部)
同电源管理芯片类似,放大器也有很多的类型。运算放大器是其中用途最广的一种,新的技术、丰富的功能都在08年的产品中得以体现。例如,微芯公司推出的MCP6V0X,具有独特的自校正架构,可实现超高精度,输入偏移电压仅为2μV。它的工作电压低至1.8~5.5V,典型静态电流仅300μA,可以由两节1.5V电池供电,并使电池达到最高使用效率。美国国家半导体的LMV83x系列,其内置了电磁干扰滤波器,可以用在噪声密集的环境中。该系列的共模抑制比(CMRR)及电源抑制比(PSRR)都同样高达93dB,即使驱动200pF这样大的电容负载,仍可发挥极高的稳定性。
说到放大器,不得不提到D类放大器,它也是消费电子产品中最为活跃的角色之一。今年,TI公司就推出了业界首款闭环数字输入D类放大器TAS5706。它的优势就在于,可以补偿电压波,提高电压抑制比,同时可以提高兼容的性能;由于采用片上音频处理,可以通过内部结构,实现EQ调整和动态调节;最后,它还可以实现2.0立体声、4通道、耳机等所有电视上的输出要求。从这款产品的细节中,可以发现,D类放大器实际上已经成为一个音频子系统。也许用不了多久,它就会完全取代AB类放大器,成为音频世界的真正主人。
微控制器和微处理器(返回头部)
随着并行处理的优势越来越明显,兼具高性能和低功耗的多核架构成为嵌入式处理器发展的趋势之一。
2008年7月推出的爱国者MV5920双核高清MP5采用了TI基于达芬奇技术的TMS320DM6441。DM6441是一款包含ARM9、TMS320C64x+ DSP内核以及视频/影像协处理器的双内核单芯片解决方案。
从媒体播放器到IP监控摄像机和网络通信,嵌入式多核处理器已经进入多种应用的中高端产品当中。
NVIDIA Tegra的发布将最高800MHz的ARM 11 MPCore内核带入了移动计算领域。MPCore可根据具体应用的需求在单核至四核的范围内进行自由配置,同时允许每个处理器分别进入待机、睡眠或关机的能源管理模式,用于帮助控制处理器消耗的动态和静态能源。针对下一代连网的飞思卡尔QorIQ平台有单核、双核和多核处理器,全部基于e500 Power Architecture,提供了一条从单核到双核再到多核器件移植的简单路径。TI高性能多核DSP TMS320C6474在单一裸片上集成了三个1GHz的TMS320C64x+内核,可实现3GHz的原始DSP性能,其功耗和DSP成本分别比离散处理解决方案降低了1/3和2/3。而基于SC3850 StarCore的Freescale MSC8156 6核DSP能够交付6GHz性能。
在2008年5月的TI开发商大会上,TI首席科学家方进提出了他对2020年科技趋势的大胆畅想,并给出了“每18个月功耗降低一半”的“方进定律”。也许目前处理器的功耗水平还没有下降到实现不间断工作的理想目标,但2008年推出的器件对于低功耗的追求又快了一步。以TI CC430平台为例,它结合了MSP430F5xx MCU与低功耗RF收发器,可实现极低的电流消耗,从而使采用电池供电的无线网络应用无须维修即可工作长达10年以上。
2008年IT巨头英特尔推出的基于英特尔架构的集成处理器EP80579也值得一提。EP80579共有8款,全部基于英特尔奔腾M 处理器设计。英特尔在IT行业的成功经验能否为其进军嵌入式领域带来帮助呢?让我们拭目以待。
可编程逻辑器件(返回头部)
可编程逻辑器件仍不断通过工艺改进等方式进一步降低功耗。2008年5月,Altera公司发布了采用40nm工艺制程的FPGA和HardCopy ASIC,这是TSMC 3月才发布的最新工艺。在PLD行业,以前往往都是Xilinx首先采用新的工艺,这次却是Altera走在了前面。
对于可编程逻辑器件,手持式应用是一个快速增长的市场。据Semico预测,可编程逻辑器件在该领域的市场规模将在2010年前超过6亿5千万美元。2008年推出了多款成功平衡功耗、成本和性能的新器件,以满足PMP、DSC等手持式应用的需求。
Actel的IGLOO和ProASIC3 FPGA的nano版本功耗降低至2μW,还支持1.2V电压编程,免除了对多种电压电源的需要。SiliconBlue 推出的iCE系列单芯片FPGA采用了与手机设计工程师相同的功耗模式定义——操作模式及待机模式,其逻辑核心的操作电压维持在1.0V,启动电源也维持在相当低的水平。
存储(返回头部)
iSuppli的数据显示,2008年存储产业的所有领域都将出现下滑。DRAM销售额将以19.8%的降幅引领跌势,NOR闪存和SRAM销售额将分别下降16.2%和16.1%,而主要用于PMP等产品的NAND闪存形势略好,预计销售额下降13.1%。
和其他半导体器件一样,2008年存储设备的功耗水平也有明显的降低。Spansion推出的EcoRAM可取代数据中心服务器中极其耗能的传统DRAM,来解决日益加剧的互联网数据中心能耗危机。在同样的能耗条件下,EcoRAM的存储容量为传统纯DRAM的4倍。
同时,存储设备的主流容量呈现出持续上升的势头。以闪存为例,由于各大品牌的价格竞争愈演愈烈, 4GB和8GB等大容量的闪存在2008年得到了普及。
晶体和振荡器(返回头部)
近年来崭露头角的MEMS振荡器由于采用了CMOS工艺而更加易于集成并缩小尺寸,其市场已经初具规模;而2008年陆续推出的全硅振荡器也瞄准了100MHz以下的大批量低频振荡器市场。
石英MEMS振荡器正开始取代手机及GPS中带温度补偿电路的晶体振荡器(TCXO),而采用硅材料的MEMS振荡器与温度稳定性指标比较容易满足的晶体振荡器(XO)展开了竞争。最先采用硅材料MEMS振荡器的产品有数字电视、数码摄像机以及车载后视摄像头等。
2008年4月,Mobius Microsystems推出的MM8511振荡器用一片单片CMOS裸片同时取代了石英晶体和锁相环IC,无须外接谐振器,该裸片就可生成扩频时钟。与MM8511相比,Silicon Labs 9月推出的全CMOS振荡器Si500在频率范围和抖动性能等方面又有提升。Si500能提供原厂设定的0.9~200 MHz间的任何频率,100MHz抖动小于0.8ps,可与石英振荡器媲美。
LED照明(返回头部)
随着手机普及率和保有量的提高,以及人们节能环保意识的增强,照明(包括家庭照明、装饰照明以及特殊照明)、液晶电视背光及汽车内外灯照明已成为LED的主要应用领域。
但是,2008年LED市场遭遇了重重挑战,LED价格下滑,稍显衰退迹象。作为最大单一市场的手机,LED市占率衰退至24%;一般亮度的LED同时在萎缩。不过,高功率LED逐渐成为照明应用的主流光源,而建筑照明则是高功率LED的主要市场。从技术角度来说,白光LED光通量及发光效率在不断提升,但是高的光通量与均匀性的平衡处理是一个需进一步完善提高的问题。
显示器件(返回头部)
显示领域的改朝换代已过去4年之久,液晶显示的技术突破依然惊喜不断。“蓝相”技术是三星于2008年5月在SID展会上推出的液晶技术,通过采用新的液晶分子,能达到超高的刷新率,在可视角度、响应时间等方面也取得了可喜的突破。蓝相液晶显示器的显示原理与普通液晶显示器差别较大,它是利用电场控制液晶的光学特性来达到遮蔽/透过光线效果的。由于通过电场直接控制,蓝相液晶的响应速度要比普通液晶快速得多,因此能够达到240Hz刷新率。
在OLED领域,大屏幕OLED显示正在迅速走向实用化,商业化的OLED电视和使用OLED显示的笔记本电脑吹响了挑战液晶的号角。此前,困扰OLED的一个重要难题就是发光材料寿命短,仅在5000小时左右。目前,该问题已得到较完美解决,如SONY XEL-1的亮度半衰期就可达到3万小时,聚合物蓝光材料寿命更可达10万小时。另一方面,大屏幕OLED通过设置补偿电路可解决TFT驱动带来的亮度不均的问题,目前又出现新的提法:使用MEMS开关代替TFT方案,此法无须补偿电路,可靠性也较高,不过应用效果还需检验。
此外,柔性显示器在今年崭露头角。今年夏季的信息显示大会(SID)上,有两家公司展示了一种新的柔性技术概念:电子皮肤(e-skin)。在这个概念中,显示器涵盖了大多数电子产品的前表面。Kent Displays公司展示的手机有一面采用大尺寸不规则形状像素显示器。这种显示技术为用户提供了一种媒介,可把手机的色彩变为9种不同颜色中的任一种。E-Ink公司则展示了一款采用圆点阵列EPD (电泳显示)电子皮肤的日立手机。该手机的表面可显示95种已存储的图形和图案。
传感器(返回头部)
2008年,图像传感器在技术及经济规模上都呈现出了爆发式增长,这主要得益于手机、摄像机等移动便携领域和汽车电子领域产品需求的激增。
CMOS是高速成像所青睐的技术。在2008年,高速图像传感器向极高速方向又迈进一步——不久前,赛普拉斯推出了具有13.2Gb/s的CMOS图像传感器商用样片。其中采用的300万像素LUPA-3000传感器具有业界最高数字数据吞吐能力,具有485fps高帧速率的触发式与流水线式同步快门,能够确保保真图像与快速读取的视窗功能。虽然理论上最快速度器件的帧速率可达170 000帧每秒,然而目前常见器件帧速率仅为几十。LUPA-3000之所以能达到 485fps的全分辨率帧速率,在于它为每条LVDS输出通道都集成了可编程补偿与增益放大器,每条通道都能够以206MHz像素速率运行。通常只有采用并行模拟输出才能实现这样极高的速度,但并行模拟输出也会对摄像头系统的集成提出挑战。此高速LUPA-3000传感器为同类传感器产品系列打开了全息数据存储市场的大门。
此外,之前曾引发关注的巨磁阻效瓜熟蒂落。巨磁电阻传感器芯片主要是利用具有巨磁电阻效应的磁性纳米金属多层薄膜材料通过半导体工艺与集成电路相结合的一类元器件。巨磁电阻效应自发现以来即引起各国企业界及学术界的高度重视。在08年,利用这种效应测量汽车转向角度的集成巨磁阻传感器(iGMR)首次由英飞凌实现量产。此传感器包含两个巨磁电阻(GMR)全桥、一个温度传感器、两个模数转换器、数个稳压器、滤波器以及在运行过程中能连续监控这些组件的内部机制。此传感器可异常精确地测量0~360°的转向角度,大大提高了汽车的转向精度。巨磁电阻传感器芯片由于灵敏度高、热稳定性好而有望取代霍尔及磁阻(AMR)元件。
测试测量(返回头部)
2008年,测试测量仪器行业似乎波澜不惊,既没有往年追求顶级性能的新产品技术竞赛,也没有以前那种“你方推出,我便上市”的激烈竞争。厂商们似乎更关注自己的所长,在自己的领域中埋头苦干,辛勤耕耘。从2008年测试测量仪器行业推出的新产品及出现的新技术,可以归结出以下几个发展趋势。
1 更多软件工具代替硬件升级
“软件就是仪器”,这句话对于以软件为中心的虚拟仪器来说非常贴切。而如今,传统的台式仪器领域,软件同样正扮演着越来越重要的角色。尤其是在新技术、新标准推陈出新的一些应用领域,如高速串行测试、通信测试领域,测试仪器厂商正在推出更多的基于原有硬件平台的一些软件工具。2008年3月,泰克推出SerialXpress软件,为高速串行数据接收机测试直接合成波形,特别适合测试SATA、SAS、PCI-Express、HDMI和DisplayPort串行数据标准及工作速率在6Gb/s以下的串行总线技术,它可以配合AWG5000或AWG7000信号发生器工作。2008年初,安捷伦推出了TD-SCDMA校准软件Agilent E6835A,它可与Agilent E6601A无线通信测试仪结合使用,使E6601A能够支持多制式手机校准,包括TD-SCDMA、GSM/GPRS/EDGE、W-CDMA/HSDPA和cdma2000/1xEV-DO。2008年8月,安捷伦推出符合2008年3月公布的LTE标准的测试方案,该方案包括:89600 VSA软件、LTE选件(89601A-BHD)、N9080A LTE测量应用软件、3GPP LTE无线程序库(E8895)、N7624B Signal Studio for 3GPP LTE等软件和硬件平台。2008年10月,泰克为DPO7000和DPO/DSA70000数字示波器推出SignalVu矢量信号分析软件,可分析带宽达20GHz的RF信号,该软件采用示波器用户界面,同时实现了两个领域的最大优势:示波器市场领先的实时带宽和触发功能。软件代替硬件升级,一方面,可以保护既有用户的投资,另一方面,也可以使测试仪器供应商能够跟得上新技术新标准的发展,使他们的测试方案能够满足最新的市场需求。
2 台式仪器更注重市场细分
在2008年各测试仪器供应商发布的台式仪器中,不难发现这样一个规律:厂商更注重市场细分,推出的产品更多的去填补市场空白,去满足某些特定应用领域的需求。不管是高端产品,还是入门级低端产品,都是如此。
以台式仪器中最通用的示波器为例,2008年初,安捷伦推出了一款巨无霸级高性能示波器Infiniium 90000A,首次突破每秒10亿次采样(1Gpt)大关,这台示波器硬件事件的分辨率高达150 ps,对软件的分辨率高达75ps。这一新型示波器系列包括2.5、4、6、8、12和13GHz等型号,并提供10、20、50、100、200、500和1Gpt等存储器选件,可在全部4个通道上同时进行采样,以40GSa/s的采样率捕获25ms的波形。这样一台具有出色性能和精度的高端示波器面向一些高级应用,比如尖端高速数字和射频技术的分析和调试等领域。2008年7月,力科公司也推出了一款超强示波器——WavePro 700Zi,该系列在所有通道上实现了20GS/s的采样率、在通道复用时实现了40GS/s的采样率,提供了长记录长度(标配10Mpt,选配达128Mpt)。WavePro 700Zi系列示波器分成1.5, 2.5, 3.5, 4和6GHz 带宽。与WavePro 700Zi同时发布的还有SDA 700Zi系列串行数据分析仪,以及DDA 700Zi系列磁盘驱动器分析仪,除了满足1.5~6GHz范围内数据的分析测试等通用需求外,WavePro 700Zi与SDA 700Zi为高速串行数据的分析提供了强大的工具。
在低端示波器领域,几个厂商不约而同地瞄准了嵌入式开发这块庞大的市场。2008年10月,横河电机推出混合信号示波器DLM2000,带宽范围200~500MHz,此系列MSO的第4个通道可以在模拟输入与数字输入之间灵活切换,能实现4个模拟通道,或者3个模拟通道+8个数字通道(8-bit逻辑)。1个月之后,泰克以入门级价格推出MSO2000混合信号示波器和DPO2000数字荧光示波器系列,带宽范围为100~200MHz,特别提供了FilterVu可变低通滤波器来滤掉信号中不想要的噪声。这两个厂商的产品都是针对嵌入式应用领域,产品小巧、轻便,价格便宜,且集成了数字通道,可以满足混合信号调试与分析的需求。
3 模块化仪器应用越来越广
自上世纪提出虚拟仪器的概念以来,基于软件的模块化仪器发展飞速,模块化仪器正在向越来越多的应用领域扩展。一些高速总线标准、多核技术、FPGA等新技术的引入,使得模块化仪器正在进入一些高速、高精度的测试应用领域。特别是,虚拟仪器的核心——LabVIEW软件在2008年8月推出了8.6新版本,它可以帮助工程师高效使用多核、FPGA、无线等主流商业技术。利用LabVIEW 8.6,工程师通过采用多核处理器技术提高测试及控制系统的吞吐量,在基于FPGA的高级控制及嵌入式原型应用中缩短开发时间,更便捷地创建分布式测量系统,采集远程数据。2008年8月推出的NI PXI-5154量化仪可提供高达2GS/s的实时采样率(对于重复信号,可达20GS/s的等时采样率),满足了高速、接近纳秒速率的信号采集,适合在消费电子、半导体、航空/国防和生命科学等行业的自动化测试与数据流中应用。NI PXIe-5663 6.6GHz射频矢量信号分析仪和NI PXIe-5673 6.6GHz射频矢量信号发生器都是基于PXI Express标准,PXI Express标准的引入,将带宽从原来PXI的132MB/s提高到6GB/s,并且提供了附加的定时和同步功能,可实现更高精度的测量。NI PXIe-5663能够以高达50MHz的瞬时带宽,对10MHz~6.6GHz的信号进行分析。而NI PXIe-5673则能以高达100MHz的瞬时带宽,实现85MHz~6.6GHz的信号生成,这些产品使得模块化仪器向高速射频和无线自动化测试等应用领域扩展。
结语
以应用为导向是2008年电子行业的主题,也将是未来几年的发展方向。各种电子产品的功能差异化在加大,使得各厂商把主要的精力放在功能的拓展和集成上面。革命性的产品虽没有出现,但新技术的萌芽还是初露头角。希望在09年的市场上,我们能看到更多激动人心的产品问世。同时,也希望能有更多的中国厂家能出现在这个大舞台上。 |