模拟-数字转换器(ADC)、数字-模拟转换器(DAC)用于连接真实世界和数字世界。真实世界中的一系列连续变化的物理量可表示为模拟信号,这些物理量包括温度、湿度、电压、电流等。数字世界只有0和1,即离散的二进制信号,二进制信号是数字计算和信息处理的基础。ADC和DAC的作用是实现二进制信号和物理量的相互转换。下面仅针对ADC讲述选型要点、介绍国产品牌产品特点。(四川半导体微组装设备公司)

图注:ADC/DAC是真实现真实世界和数字世界的桥梁(图源:ADI)

图注:ADC的类型(芯查查制表)
中等采样速率的应用选择SAR ADC(成都半导体设备)
SAR ADC提供广泛的位数和采样速率,工作范围从6位、8位到20位不等,工作速率通常为每秒几千采样(ksps)至每秒10兆采样(Msps)。SAR ADC是电机控制、振动分析和系统监控等中速应用的理想选择,它们的速度不如Pipeline ADC,但通常比Δ-Σ ADC快。
需要同时测量多个信号,可以使用多个SAR ADC,或者使用包含多个采样保持(T/H)内核的同步采样ADC,系统在同一时刻可测量多个模拟输入。
SAR ADC的功耗与采样速率呈线性关系,例如在1Msps时功耗为5mW,在1ksps时功耗为5μW。因此SAR ADC灵活,客户可以为多种应用储备一个部件号。
以更多采样位获得高精度的应用选择Sigma–Delta ADC
通过更多采样位获得高精度,或确实需要最高有效位数(ENOB)的时候,Sigma–Delta ADC通常是最佳选择,特别是对于低噪声精密应用。当采样速率不那么重要时,Sigma–Delta ADC的过采样和噪声整形可提供非常高的精度。哪些应用需要大于20个采样位的无噪声分辨率?比如仪器装置、气相色谱仪(gas chromatographs)、石油和天然气行业等,通常希望、甚至要求尽可能多的采样位。
SAR ADC市场在5到10年前开始饱和,ADI和TI等公司均研发了多个Sigma–Delta内核的产品,这些ADC最高达到24bits或者32bits、采样率在10sps到数Msps之间。
超快采样速率的应用选择Pipeline ADC
Pipeline ADC对于高速采样速率的应用非常重要,比如RF应用和软件定义无线电等。在过去10到15年里,头部模拟公司在大力投资Pipeline ADC的研发。ADI公司长期以来一直主导这一市场,但TI近年来表现强劲,也有一些小众玩家。(成都半导体微组装设备厂家)

图注:ADC部分国产品牌(图源:芯查查SaaS)
国内ADC主要厂商及产品推荐
海外厂商在ADC上历史积累较多并主导市场,国内以上海贝岭、思瑞浦、圣邦微电子、芯海科技等上市公司为代表,也在研发符合市场需求的产品,不断突破技术壁垒,局部市场已经实现了国产化。
圣邦微电子:新产品加速推出,料号持续增加
圣邦微电子采用Fabless经营模式,其高精度ADC已实现批量出货,已走在国产高端ADC/DAC前沿。研报指出,圣邦微电子2023年上半年推出新品产品300余款,2023年前三季度共推出新产品900余款,三季度单季度推出新产品600余款,新品加速推出推动公司收入较快增长。目前圣邦微电子拥有30大类4600余款产品,包括高精度运放、低噪声运放、高速运放、低功耗运放、高速比较器、高精度ADC、大动态背光LED驱动等等。

图注:圣邦微电子的ADC产品(完整产品清单可登录xcc.com查询)

图注:上海贝岭现有高速ADC产品(图源:上海贝岭网站)
思瑞浦:已推出车规SAR ADC—TPC5120Q(四川半导体微组装设备自动化)
信号链芯片业务是思瑞浦整体业务的基石,是国内少数同时布局 ADC 与 DAC 的企业,并均推出了高精度、高速度定位的产品。目前已经推出汽车级16通道12位SAR ADC(TPC5120Q),广泛应用于电池管理、域控、仪表控制等领域。高精度ADC产品方面,思瑞浦产品的各项误差指标表现优于圣邦微电子,但转换速率略低。芯海科技已经推出24位高精度ADC,而思瑞浦目前只有16位产品。高速产品方面,思瑞浦产品的转换速率最高可达50MSPS,低于上海贝岭、TI与ADI。

图注:高精度ADC、高速ADC产品性能对比(芯查查制表)
芯海科技:车规级高精度Sigma-Delta ADC已流片

图注:芯海科技的ADC产品(完整产品清单登录xcc.com查询)

图注:晶华微带有24 bits高精度ADC的SoC芯片,应用于红外测温、电子秤、胎压计等(图源:晶华微)
小 结
与AI、先进制程的受人瞩目相比,模拟器件领域显得相对平静,但是大部分美股的模拟芯片厂商在过去十年轻松跑赢了全球指数,仅ADI和TI的股票涨幅就超过了230%。原因是厂商的格局比较稳定,大厂始终依靠技术沉淀和产品矩阵把控市场。作为一种常见模拟器件,ADC/DAC芯片产业比普通的芯片更新迭代更快,有分析认为受宏观经济、下游应用需求及产能库存等影响,全球ADC/DAC芯片行业大致以4-6年为一个周期。更新速度快也迫使国内ADC相关的厂商完整物料型号的同时,加速开发高精度高速率、或者集成化的高端新品。
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