• 開關模式電源電流檢測——第二部分:何處放置檢測電阻

    開關模式電源電流檢測——第二部分:何處放置檢測電阻

    電流檢測電阻的位置連同開關穩壓器架構決定了要檢測的電流。檢測的電流包括峯值電感電流、谷值電感電流(連續導通模式下電感電流的最小值)和平均輸出電流。檢測電阻的位置會影響功率損耗、噪聲計算以及檢測電阻監控電路看到的共模電壓。 放置在降壓調節器高端 對於降壓調節器,電流檢測電阻有多個位置可以放置。當放置在頂部MOSFET的高端時(如圖1所示),它會在頂部MOSFET導通時檢測峯值電感電流,從而可用於峯值電流模式控制電源。但是,當頂部MOSFET關斷且底部MOSFET導通時,它不測量電感電流。 圖1.帶高端RSENSE的降壓轉換器 在這種配置中,電流檢測可能有很高的噪聲,原因是頂部MOSFET的導通邊沿具有很強的開關電壓振盪。為使這種影響最小,需要一個較長的電流比較器消隱時間(比較器忽略輸入的時間)。這會限制最小開關導通時間,並且可能限制最小佔空比(佔空比 = VOUT/VIN)和最大轉換器降壓比。注意在高端配置中,電流信號可能位於非常大的共模電壓(VIN)之上。 放置在降壓調節器低端 圖2中,檢測電阻位於底部MOSFET下方。在這種配置中,它檢測谷值模式電流。為了進一步降低功率損耗並節省元件成本,底部FET RDS(ON)可用來檢測電流,而不必使用外部電流檢測電阻RSENSE。 圖2.帶低端RSENSE的降壓轉換器 這種配置通常用於谷值模式控制的電源。它對噪聲可能也很敏感,但在這種情況下,它在佔空比較大時很敏感。谷值模式控制的降壓轉換器支持高降壓比,但由於其開關導通時間是固定/受控的,故最大佔空比有限。 降壓調節器與電感串聯 圖3中,電流檢測電阻RSENSE與電感串聯,因此可以檢測連續電感電流,此電流可用於監測平均電流以及峯值或谷值電流。所以,此配置支持峯值、谷值或平均電流模式控制。 圖3.RSENSE與電感串聯 這種檢測方法可提供最佳的信噪比性能。外部RSENSE通常可提供非常準確的電流檢測信號,以實現精確的限流和均流。但是,RSENSE也會引起額外的功率損耗和元件成本。為了減少功率損耗和成本,可以利用電感線圈直流電阻(DCR)檢測電流,而不使用外部RSENSE。 放置在升壓和反相調節器的高端 對於升壓調節器,檢測電阻可以與電感串聯,以提供高端檢測(圖4)。 圖4.帶高端RSENSE的升壓轉換器 升壓轉換器具有連續輸入電流,因此會產生三角波形並持續監測電流。 放置在升壓和反相調節器的低端 檢測電阻也可以放在底部MOSFET的低端,如圖5所示。此處監測峯值開關電流(也是峯值電感電流),每半個週期產生一個電流波形。MOSFET開關切換導致電流信號具有很強的開關噪聲。 圖5.帶低端RSENSE的升壓轉換器 SENSE電阻放置在升降壓轉換器低端或與電感串聯 圖6顯示了一個4開關升降壓轉換器,其檢測電阻位於低端。當輸入電壓遠高於輸出電壓時,轉換器工作在降壓模式;當輸入電壓遠低於輸出電壓時,轉換器工作在升壓模式。在此電路中,檢測電阻位於4開關H橋配置的底部。器件的模式(降壓模式或升壓模式)決定了監測的電流。 圖6.RSENSE位於低端的升降壓轉換器 在降壓模式下(開關D一直導通,開關C一直關斷),檢測電阻監測底部開關B電流,電源用作谷值電流模式降壓轉換器。 在升壓模式下(開關A一直導通,開關B一直關斷),檢測電阻與底部MOSFET (C)串聯,並在電感電流上升時測量峯值電流。在這種模式下,由於不監測谷值電感電流,因此當電源處於輕負載狀態時,很難檢測負電感電流。負電感電流意味着電能從輸出端傳回輸入端,但由於這種傳輸會有損耗,故效率會受損。對於電池供電系統等應用,輕負載效率很重要,這種電流檢測方法不合需要。 圖7電路解決了這個問題,其將檢測電阻與電感串聯,從而在降壓和升壓模式下均能連續測量電感電流信號。由於電流檢測RSENSE連接到具有高開關噪聲的SW1節點,因此需要精心設計控制器IC,使內部電流比較器有足夠長的消隱時間。 圖7.LT8390升降壓轉換器,RSENSE與電感串聯 輸入端也可以添加額外的檢測電阻,以實現輸入限流;或者添加在輸出端(如下圖所示),用於電池充電或驅動LED等恆定輸出電流應用。這種情況下需要平均輸入或輸出電流信號,因此可在電流檢測路徑中增加一個強RC濾波器,以減少電流檢測噪聲。 上述大多數例子假定電流檢測元件為檢測電阻。但這不是強制要求,而且實際上往往並非如此。其他檢測技術包括使用MOSFET上的壓降或電感的直流電阻(DCR)。這些電流檢測方法在第三部分“電流檢測方法”中介紹。 軟件 LTspice LTspice®軟件是一款強大、快速、免費的仿真工具、原理圖採集和波形查看器,具有增強功能和模型,可改善開關穩壓器的仿真。 LTpowerCAD LTpowerCAD設計工具是一款完整的電源設計工具程序,可顯著簡化電源設計任務。它引導用户尋找解決方案,選擇功率級元件,提供詳細效率信息,顯示快速環路波特圖穩定性和負載瞬態分析,並可將最終設計導出至LTspice進行仿真。

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  • Silicon Labs與Wolfspeed合作,提供高性能電源模塊解決方案

    Silicon Labs與Wolfspeed合作,提供高性能電源模塊解決方案

    中國,北京 - 2021年2月23日 - 致力於建立更智能、更互聯世界的領先芯片、軟件和解決方案供應商Silicon Labs(亦稱“芯科科技”)推出全新的多合一隔離解決方案Si823Hx柵極驅動器板,可為最近發佈的Wolfspeed WolfPACK™電源模塊提供完美支持。Wolfspeed電源模塊可用於眾多電源應用,包括工業和汽車市場中的電動汽車(EV)充電器和電機驅動器。該板包含Si823Hx隔離柵極驅動器和集成了DC-DC轉換器的Si88xx數字隔離器,可以緊湊且經濟高效的設計提供卓越的性能,並針對各種模塊進行了優化。 Silicon Labs副總裁兼電源產品總經理Brian Mirkin表示:“電力電子工程師在設計大功率系統時面臨從空間限制到安全要求的諸多挑戰。Silicon Labs的Si823Hx柵極驅動器板是一種高效率、高性能的解決方案,旨在簡化使用電源模塊的系統的開發。” Silicon Labs的隔離柵極驅動器技術可用於各種電源應用,包括大功率轉換器和逆變器,電機和牽引驅動器以及EV充電器。Si823Hx柵極驅動器板提供了卓越的性能,可高效地驅動和保護採用任何開關技術的電源模塊,包括在要求最嚴苛的大功率應用中使用的先進碳化硅(SiC)模塊。 通過在小型封裝中內置死區時間控制和重疊保護功能,雙通道Si823Hx隔離柵極驅動器提供了無與倫比的價值,其能夠以最少的設計工作量來安全地驅動半橋拓撲。高度集成的Si88xx器件不僅可以將電源模塊的温度傳輸給控制器,還可為板上電路提供所有電源,從而進一步降低成本和簡化設計。 Silicon Labs與Wolfspeed合作開發的一套完整的設計資源可用於快速啓動Wolfspeed WolfPACK™的評估和開發,包括參考設計、評估測試裝置和系統測試報告。

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  • ADI公司的電池管理系統IC和汽車音頻總線助力沃爾沃全電動XC40 SUV

    中國,北京– 2021年2月23日 –Analog Devices, Inc. 和沃爾沃汽車公司宣佈,沃爾沃汽車公司的首款純電動SUV—沃爾沃XC40 Recharge—將採用ADI的集成電路(IC)提供電池管理系統(BMS)和汽車音頻總線 (A2B®)功能。這些先進技術不僅可以減輕車輛重量並充分延長行駛里程,讓電動汽車的總成本更具吸引力,同時也支持可持續發展的未來需求。 沃爾沃XC40 P8 Recharge入圍了2021年北美年度風雲車、卡車和多用途車大獎(NACTOY)的多用途車類別半決賽。NACTOY獎項主要授予在創新、設計、安全、操控、駕駛員滿意度和價值方面表現出色的車型。這些獎項旨在表彰本年度性能優異的新車型。 沃爾沃汽車公司電力推進解決方案經理Lutz Stiegler表示:“BMS性能對於電動XC40 Recharge實現其無聲但強大、零碳排放、安全無憂的駕駛體驗承諾至關重要。我們對首款純電動SUV的每個環節和部件都進行了深入思考和研究,確保每次充電的續航里程更長,車輛的使用壽命更久,駕駛更安心,同時總成本更低。” ADI的IC在汽車的整個使用壽命週期內都能提供行業領先的精度,不僅顯著提高每次充電的續航里程,而且支持從混合動力汽車到全電動汽車所有車型的擴展。這些IC符合全球最高的安全標準,並可擴展支持多種電池化學材料,包括支持社會和環境可持續發展的磷酸鐵鋰(LFP)等無鈷電池。 此外,基於ADI公司A2B和SHARC®音頻處理器的音頻解決方案不僅提供沉浸式座艙體驗,而且支持可持續發展趨勢。身臨其境的音效、降噪和語音等音頻新功能逐漸成為汽車的標配,同時也帶來嚴峻的佈線挑戰。ADI的解決方案使音頻系統能夠連接到低延時總線架構中,不僅能保證音頻的高保真度,還可在車內減輕多達50公斤的線纜和絕緣裝置。這種組合在XC40 Recharge等電動汽車中尤為重要,因為重量的減輕可直接轉化為行駛里程的增加。 ADI公司汽車事業部副總裁Patrick Morgan表示:“電動汽車是未來的發展趨勢,這個市場正在顯著增長,預計到2025年,全電動汽車銷量將達到1000萬輛。 我們致力於與所有合作伙伴一道,持續提供創新技術,引領汽車行業走向可持續發展的未來。”

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  • 貿澤電子榮獲Heyco年度全球最佳分銷商稱號

    貿澤電子榮獲Heyco年度全球最佳分銷商稱號

    2021年2月22日 – 專注於引入新品並提供海量庫存的電子元器件分銷商貿澤電子 (Mouser Electronics) 宣佈其獲得模製電纜保護產品和衝壓電氣元件知名製造商Heyco的2020年度全球最佳分銷商稱號。Heyco將這一獎項授予貿澤是為了表彰其在2020年度所做的不懈努力以及出色的銷售業績。 貿澤電子亞太區市場及商務拓展副總裁田吉平女士表示:“我們由衷感謝Heyco將年度全球最佳分銷商稱號授予貿澤。Heyco是貿澤的重要合作伙伴,我們必將在2021年乃至更久遠的將來繼續深化合作、共同發展!” Heyco執行副總裁Mario Pieroni表示:“我們非常榮幸能夠向貿澤頒發2020年度最佳分銷商獎項。這一獎項高度認可了貿澤團隊的出色表現,同時也集中體現了雙方之間深入、愉快的分銷合作伙伴關係。” Heyco成立於1926年,並於2016年被PennEngineering收購。Heyco設計製造的產品凝聚了公司在悠久歷史中積累的豐富經驗,其模製電纜保護產品和衝壓電氣元件可滿足客户嚴苛的應用需求。貿澤分銷種類豐富的Heyco產品,包括安裝簡便的快裝螺母(M3至M6螺紋規格)、Nytye®高強度尼龍紮線帶,以及HEYBite Mini’s®不鏽鋼線夾。

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  • 開關模式電源電流檢測——第一部分:基本知識

    開關模式電源電流檢測——第一部分:基本知識

    電流模式控制由於其高可靠性、環路補償設計簡單、負載分配功能簡單可靠的特點,被廣泛用於開關模式電源。電流檢測信號是電流模式開關模式電源設計的重要組成部分,它用於調節輸出並提供過流保護。圖1顯示了LTC3855同步開關模式降壓電源的電流檢測電路。LTC3855是一款具有逐週期限流功能的電流模式控制器件。檢測電阻RS監測電流。 圖1.開關模式電源電流檢測電阻(RS) 圖2顯示了兩種情況下電感電流的示波器圖像:第一種情況使用電感電流能夠驅動的負載(紅線),而在第二種情況下,輸出短路(紫線)。 圖2.LTC3855限流與折返示例,在1.5 V/15 A供電軌上測量。 最初,峯值電感電流由選定的電感值、電源開關導通時間、電路的輸入和輸出電壓以及負載電流設置(圖中用“1”表示)。當電路短路時,電感電流迅速上升,直至達到限流點,即RS × IINDUCTOR (IL)等於最大電流檢測電壓,以保護器件和下游電路(圖中用“2”表示)。然後,內置電流折返限制(圖中數字“3”)進一步降低電感電流,以將熱應力降至最低。 電流檢測還有其他作用。在多相電源設計中,利用它能實現精確均流。對於輕負載電源設計,它可以防止電流反向流動,從而提高效率(反向電流指反向流過電感的電流,即從輸出到輸入的電流,這在某些應用中可能不合需要,甚至具破壞性)。另外,當多相應用的負載較小時,電流檢測可用來減少所需的相數,從而提高電路效率。對於需要電流源的負載,電流檢測可將電源轉換為恆流源,以用於LED驅動、電池充電和驅動激光等應用。 在本系列的第二部分“何處放置電流檢測電阻”中,我們説明在電路的哪一個分支中放置電流檢測電阻,以及它如何影響操作。 軟件 LTspice LTspice®軟件是一款強大、快速、免費的仿真工具、原理圖採集和波形查看器,具有增強功能和模型,可改善開關穩壓器的仿真。 LTpowerCAD LTpowerCAD™設計工具是一款完整的電源設計工具程序,可顯著簡化電源設計任務。它引導用户尋找解決方案,選擇功率級元件,提供詳細效率信息,顯示快速環路波特圖穩定性和負載瞬態分析,並可將最終設計導出至LTspice進行仿真。

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  • 打破傳統設計侷限,貿澤電子攜手英飛凌舉辦藍牙在線研討會

    打破傳統設計侷限,貿澤電子攜手英飛凌舉辦藍牙在線研討會

    2021年2月22日 – 專注於引入新品並提供海量庫存的電子元器件分銷商貿澤電子 (Mouser Electronics) 宣佈將攜手英飛凌於2月25日下午14:00-15:30舉辦新一期主題為“用英飛凌方案構建更好的藍牙設備”的在線研討會。屆時,來自英飛凌的技術專家將與觀眾分享英飛凌不斷髮展的藍牙解決方案,幫助工程師能夠輕鬆應對藍牙產品設計挑戰。 在物聯網系統中,由於藍牙技術的低成本、低功耗、高速率和高可靠性等特點,使得基於藍牙技術的無線連接方案為人們廣泛所接,包括其在無線音頻、汽車應用、智能樓宇自動化、智慧城市建設等多個場景中的應用。藍牙技術能夠方便、安全、穩定地代替有線電纜,為智能控制領域的數據傳輸提供成熟的方法。英飛凌作為全球領先的半導體公司之一,致力於為包括可穿戴、智能家居、智慧醫療等多個領域提供着安全可靠的藍牙設備。本期直播將從廣泛使用和成熟的藍牙、靈活且高度集成的體系結構和軟件、超低功耗、BLE芯片集成了人機介面(HMI)的電容式觸摸感應、支持Bluetooth Mesh使能,並現場演示應用這五個方面展開,讓工程師對英飛凌的藍牙解決方案有更全面的瞭解,並能有效提升藍牙設計技能。 貿澤電子亞太區市場及商務拓展副總裁田吉平女士表示:“相比於WIFI、RFID和蜂窩網絡等網絡技術,藍牙有着低功耗的傳輸優勢。隨着技術的發展,藍牙設計的集成度越來越高,外置器件則不斷減少。對於設計人員來説,選擇一款具有高效性能的模塊化藍牙解決方案,能讓後續的設計更加簡便,有效地降低設計成本並縮短產品上市時間。為了讓工程師能更好地進行藍牙產品設計,貿澤電子特邀英飛凌的技術專家,結合英飛凌的雙模藍牙,低功耗藍牙(BLE)和藍牙網狀網絡(MESH)解決方案產品組合進行分享,協助工程師在面對產品擴展範圍選擇、提升功耗優化上能有效地發揮實力,加快產品上市。”

    貿澤電子 英飛凌 貿澤電子 在線研討會

  • 非常見問題:從傳感器到ADC的危途:工程師應如何做?

    非常見問題:從傳感器到ADC的危途:工程師應如何做?

    有沒有一個模塊能讓我直接將微小的傳感器輸出信號轉換為ADC輸入電壓? 有的,ADI公司最新儀表放大器系列可以一舉完成如下任務:抑制共模信號,放大差模信號,將電壓轉換為符合要求的ADC輸入電壓,並且保護ADC免受過壓影響! 在無數的工業、汽車、儀器儀表和眾多其他應用中,普遍存在一項挑戰,就是如何將微小的傳感器信號正確連接到ADC,以實現數字化和數據採集。傳感器信號通常很微弱,可能有很高噪聲,看上去像是一個非常高的阻抗源,位於大共模(CM)電壓之上。這些都是ADC輸入所不樂見的。本文將介紹最新集成解決方案,可以徹底解決工程師提出的超出當前能力範圍的問題。本文還會詳細介紹設計步驟,以便配置一個完整的傳感器接口儀表放大器來驅動ADC輸入。 圖1.從傳感器到達ADC的挑戰 什麼適合傳感器及為何有問題? 這個問題的簡短答案是儀表放大器。傳感器適合連接的對象是儀表放大器。 儀表放大器具有高精度(低失調)和低噪聲特性,不會破壞小輸入信號。其差分輸入適合於許多傳感器信號(如應變計、壓力傳感器等),並且能夠抑制任何存在的共模信號,僅留下我們感興趣的原始小電壓,而不會留下不需要的共模信號。儀表放大器具有很大的輸入阻抗,不會給傳感器帶來負載,確保脆弱的信號不受信號處理的影響。此外,儀表放大器通常使用單個外部電阻即可提供很大的增益和可選增益範圍,因而非常靈活,可讓目標小信號適應遠高於信號路徑噪聲電平的電壓和ADC模擬輸入。儀表放大器是針對精密性能而設計的,內部進行了調整,能夠在很寬的工作温度範圍內保持其性能,並且不受電源電壓變化的影響。儀表放大器還具有極低的增益誤差,這也有助於其維持精度,並限制擺幅變化所造成的測量或信號誤差。 ADC輸入樂見什麼? 驅動ADC輸入可不是那麼容易。前端的內部電容(圖2中的CDAC)開關操作會引起電荷注入,這使得傳輸高線性度的穩定信號以供ADC量化成為一項艱鉅的任務。驅動ADC輸入的驅動器必須能夠處理這些大的電荷注入,並在下一個轉換週期之前迅速穩定下來。此外,根據ADC分辨率(位數),驅動器的噪聲和失真不應成為限制因素。 圖2.ADC輸入驅動具有挑戰性 要達到上述要求絕非易事,特別是對於低功耗驅動器而言。另外,由於半導體工藝的現代化,ADC工作電源電壓日漸下降。這種趨勢的不良副作用之一是,ADC輸入變得更容易受輸入過壓的影響,並可能造成傷害或損壞。這就需要有外部電路來防範這種過壓。此類外部電路不僅不能將任何可測量噪聲加入信號,而且不應限制帶寬或引起任何形式的失真。另外還非常希望整個電路能快速反應,並能從過壓事件中迅速地恢復。 偏移輸入信號以符合ADC模擬輸入電壓範圍也存在挑戰。為執行此任務而添加的任何電路元件都必須遵守前面列出的所有限制條件(即低失真、低噪聲、足夠的帶寬等)。 如果儀表放大器能夠直接驅動ADC就好了! 市面上的所有儀表放大器都存在一些缺點,因此需要更多電路元件才能完成從物理世界(傳感器)到數字世界(ADC)的路徑。傳統上,儀表放大器不是驅動ADC的首選電路元件(某些ADC比其他ADC更精密)。儀表放大器所做的事情已經夠多了,希望它做得更多似乎不公平! 克服ADC驅動器的諧波失真(HD)是一項困難的挑戰。下面是ADC驅動器必須滿足或超過的失真性能的表達式,其是ADC分辨率的函數: SINAD = 6.02 × ENOB + 1.76 dB (1) SINAD:SNR + 失真 ENOB:有效位數 因此,對於16位ENOB,SINAD≥98 dB 當前市場上的儀表放大器通常不是為驅動ADC輸入而設計的。造成這種情況的最常見原因是這些器件缺乏高分辨率ADC所需的線性度。線性度或諧波失真(也稱為THD,即總諧波失真)是最有可能的限制因素,儀表放大器因此而無法直接驅動ADC。當複雜波形被數字化後,一旦其被失真項干擾,信號便無法與此類干擾區分開來,數據採集將被破壞!驅動器還應能夠從之前解釋的ADC輸入電荷注入瞬態中快速穩定下來。 改進當前解決方案 現在,新的儀表放大器系列不僅能夠完成儀表放大器傳統上所做的所有事情,而且能非常好地直接驅動ADC並保護ADC輸入!LT6372-1(支持0 dB到60 dB的增益)和LT6372-0.2(支持–14 dB到+46 dB的增益/衰減)可以幫助完成精密傳感器接口的任務,直接驅動ADC輸入。 使用諸如LT6372系列的高精度、低噪聲儀表放大器來直接驅動ADC模擬輸入具有明顯的優勢,無需再增加一個放大或緩衝級。其中的一些好處包括:減少元件數量,降低功耗和成本,縮小電路板面積,提供高CMR、出色的直流精度、低1/f噪聲,通過單個元件選擇增益。 許多被選作ADC驅動器的高速運算放大器可能沒有LT6372系列所具有的低1/f噪聲特性,原因是後者採用專有工藝製造。此外,可能需要添加額外的緩衝和增益級以放大微小的傳感器信號。採用儀表放大器直接驅動ADC時,放大器級或基準電壓源都沒有與之相當的額外噪聲源或直流偏移項。 圖3.理想的傳感器放大器/ADC驅動器 LT6372-1和LT6372-0.2具有極高的輸入阻抗,可以與傳感器或類似信號輸入接口,並提供大增益(LT6372-1)或衰減(LT6372-0.2)而不會引起負載效應,同時其低失真和低噪聲可確保精確轉換而不會降低性能,支持16位和更低分辨率ADC以高達150 kSPS的速率運行。圖4顯示了在給定增益設置下每個器件可以實現的帶寬。 LT6372-1失真與頻率的關係參見圖5,應確保失真項不會影響ADC在最高目標頻率的THD性能。以ADC LTC2367-16為例,其SINAD規格為94.7 dB。為確保驅動器不是主要因素,圖5顯示LT6372-1是小於約5kHz頻率的合適選擇。 LT6372-1用作ADC驅動器的精妙之處 除前面提到的優點之外,LT6372系列的分離基準電壓架構(在圖6中顯示為分開的RF1和RF2引腳)允許以將信號直接有效地平移到ADC FS電壓範圍內,而無需使用額外的基準電壓源和其他外部電路來達到相同目的,從而降低成本和複雜性。對於大多數ADC,REF2(此處顯示與VOCM直流電壓相連)將與ADC VREF電壓相連,這將確保ADC模擬輸入中間電平為VREF/2。 圖4.LT6372-1和LT6372-0.2在各種增益下的頻率響應 圖5.LT6372-1 THD與頻率的關係 LT6372系列的內置輸出箝位(CLHI和CLLO)確保ADC的敏感輸入不會受到正向或負向瞬變的破壞或可能的損害。該系列支持無失真的輸出擺幅達到箝位電壓,並能夠快速響應和恢復,從而在可能的瞬變觸發任一箝位之後保護ADC並使之迅速恢復正常工作。 有些SAR ADC的模擬輸入給放大器驅動帶來了具挑戰性的負載。放大器需要有低噪聲和快速建立特性,並具備高直流精度,以將干擾信號的擾動保持在一個LSB或更小。更高的採樣速率和更高階的ADC對放大器的要求也更高。圖7顯示了典型SAR ADC的輸入。 圖7所示的開關位置對應於採樣或採集模式,在該模式下,模擬輸入連接到採樣電容CDAC,然後在下一工作階段開始轉換。 在此階段開始之前,開關S2已將CDAC電壓放電至0 V或其他偏置點,例如FS/2。在採樣週期開始時,S1閉合且S2斷開,VSH和模擬輸入的電壓差導致瞬態電流流動,使得CDAC可以充電達到模擬輸入電壓。對於較高採樣速率的ADC,該電流可能高達50 mA。電容CEXT有助於緩解該電流階躍引起的放大器輸出電壓的階躍變化,但放大器仍會受到其干擾,需要在採集週期結束之前及時建立。電阻REXT將驅動器與CEXT隔開,並且在驅動大電容時還能降低其對穩定性的影響。關於REXT和CEXT值的選擇,需要權衡這種電流注入造成的更大隔離與以這種方式形成的低通濾波器所導致的建立時間性能下降。此濾波器也有助於減小帶外噪聲並改善SNR,不過這不是其主要功能。 ADC前端RC元件值設計 選擇REXT和CEXT的值時要考慮很多因素。以下是影響FFT或其他方式測得的ADC動態響應的因素總結: ► CEXT:充當輸入電荷反衝的電荷桶,使電壓階躍最小,從而改善建立時間。 ■ 太大:可能會影響放大器穩定性,並可能將LPF滾降頻率降得太低而無法讓信號通過。 ■ 太小:ADC輸入的電荷反衝太大,無法及時建立。 ► REXT:在放大器輸出和CEXT之間提供隔離,以確保穩定性。 ■ 太大:可能會使建立時間常數過長。當計入ADC輸入非線性阻抗時,也可能導致THD升高1。可能會增加IR壓降誤差。 ■ 太小:由於CEXT,放大器可能變得不穩定或其正向路徑建立可能會受到影響。 圖6.LT6372分離基準電壓用於將信號移至ADC模擬輸入信號範圍內 圖7.採集/採樣模式下的SAR ADC輸入 下面是設計REXT和CEXT值的一些設計步驟,以LT2367-16 ADC為例,其由LT6372-1驅動,最大輸入頻率fIN為2kHz,採樣速率為150 kSPS(下面某些公式的完整推導參見參考文獻1): 選擇足夠大的CEXT充當電荷桶,最大程度減少電荷反衝: 其中: CDAC:ADC輸入電容 = 45 pF (LTC2367-16) → CEXT = 10 nF(選定值) 使用下式計算ADC輸入電壓階躍VSTEP: 其中: VREF = 5 V (LTC2367-16) CDAC:ADC輸入電容 = 45 pF (LTC2367-16) CEXT = 10 nF(之前) → VSTEP = 22 mV(計算值) 注意:此VSTEP函數假定CDAC在每個採樣週期結束時都放電至地,LTC2367-16也是如此。參考文獻1中的VSTEP公式使用了不同的假設,因為它是針對ADC架構的,CDAC電壓對於每個樣本保持不變。 假設階躍輸入以指數方式建立,計算需要多少個輸入REXT×CEXT時間常數NTC才能建立: 其中: VSTEP:之前計算的ADC輸入電壓階躍 VHALF_LSB:LSB/2,單位為伏特。對於5 V FS和16位,其為38μV (= 5 V/217) → NTC = 6.4 個時間常數 計算時間常數τ: 其中: tACQ:ADC採集時間;tACQ = tCYC – tHOLD 假設採樣率為150 kSPS: tCYC = 6.67 μs (= 1/150 kHz) tHOLD = 0.54 μs (LTC2367-16) 因此:tACQ = 6.13μs → τ ≤ 0.96 μs 在已知τ和CEXT的情況下,可以計算REXT: → REXT ≤ 96 Ω 現在我們有了外部RC值,所選ADC可以適當地建立。如果計算出的REXT過高,可以增加CEXT並重新計算REXT以減小其值,反之亦然。圖8顯示了CEXT的選定值和對應的REXT值,用以簡化本例工作條件下的計算任務。 圖8.ADC正確建立對應的外部輸入RC關係 使用前面的步驟找到合適的REXT和CEXT起始值。應執行基準測試和評估,並根據需要優化這些值,同時牢記此類變動對性能的影響。 總結 介紹了一個新的儀表放大器系列,它能幫助連通傳感器與數據採集器件。本文詳細探討了這些器件的特性,並通過一個實際例子説明了如何設計ADC前端元件以確保驅動器與ADC的組合能夠提供預期的分辨率。

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  • 貿澤開售Laird Connectivity Sterling-LWB5+ Wi-Fi與藍牙模塊,適用於下一代物聯網應用

    貿澤開售Laird Connectivity Sterling-LWB5+ Wi-Fi與藍牙模塊,適用於下一代物聯網應用

    2021年2月18日 – 專注於引入新品的全球電子元器件授權分銷商貿澤電子 (Mouser Electronics) 即日起備貨Laird Connectivity新款產品Sterling-LWB5+模塊。該模塊可為下一代物聯網 (IoT) 設備提供Wi-Fi 5 (802.11ac) 和藍牙5.1通信,這些設備包括電池供電的醫療設備、工業物聯網傳感器、耐用型手持設備以及其他多種連接解決方案。 貿澤電子分銷的Laird Connectivity Sterling-LWB5+模塊採用英飛凌CYW4373E解決方案,可支持工業物聯網場景中的可靠性和安全性需求。該模塊非常適合用於惡劣環境,其焊入式模塊外形能夠儘可能減輕振動和衝擊帶來的影響,並且其工業額定温度範圍達到了−40°C至85°C。Sterling-LWB5+系列提供了多種可選裝集成式預認證外部天線的小型PCB模塊,以及數種能讓設計人員的Linux平台更加靈活地與主機集成的M.2尺寸解決方案。 為了實現更好的集成,Laird Connectivity還生產並認證了一系列內部和外部天線,以及專門用於Sterling-LWB5+模塊的反極性SMA電纜組件。這些天線產品包括成熟的FlexPIFA、Nanoblade和Mini Nanoblade Flex內部天線以及外部偶極天線。 Sterling-LWB5+模塊支持WPA3安全新標準。即使在複雜的射頻環境中,這些器件集成的功率放大器和低噪聲放大器 (LNA) 仍可確保可靠連接。Sterling-LWB5+有多種天線可供選擇,並且通過了FCC、IC、CE、MIC、AS/NZ和藍牙技術聯盟的認證。

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  • 獨佔全球91%光刻機份額的荷蘭ASML背後大佬竟然是它?

    獨佔全球91%光刻機份額的荷蘭ASML背後大佬竟然是它?

    當美國對華為打壓方式越發無恥和露骨,直接對華為海思芯片陷入困境後,國人便開始對中芯國際抱有較高的期望。可是,從現階段來看,中芯國際14nm製程工藝基本無法滿足華為海思高端芯片的需求,若是荷蘭ASML公司交付高端7nm 光刻機,或許還能有一絲希望。由此可見,ASML公司所提供的光刻機設備重要性不言而喻。 眾所周知,在全球共有三大光刻機巨頭,分別為ASML、尼康與佳能。其中,ASML在光刻機領域擁有絕對的地位,在EUV光刻機市場,佔據100%的壟斷地位。由此不難看出,ASML在業界的領先地位。 在2020年,全球半導體市場一片火熱。放眼全球光刻機制造領域,能夠做到壟斷世界的當屬荷蘭的光刻機巨頭——ASML。 在1984年ASML成立之時,光刻機領域還是日本企業的天下,ASML只得迎頭猛追。而在2000年,一切發生了轉折,ASML憑藉着浸沒式光刻機技術實現完美翻身,尼康、佳能再不是ASML的對手。 近期,台積電和三星兩大晶圓代工巨頭都陸續公佈了在芯片製程上的最新成績。瞭解到,兩位均具備5nm芯片量產能力的巨頭,同時均在3nm工藝上取得突破性的進展,並且已經確定了量產時間。其中,台積電還實現了2nm高精度工藝上的突破,讓摩爾定律得以延續下去。同時,無論是3nm還是2nm工藝,都對晶圓代工廠提出了更高的要求——數量更多的EUV光刻機。因此,在三星和台積電鷸蚌相爭之際,目前全球範圍內唯一一家能夠量產EUV光刻機的荷蘭巨頭---ASML則在背後漁翁得利。 據瞭解,光刻機也稱光刻系統,是硅基芯片製造過程中的核心設備,同時也是核心技術。倘若將光刻機比作超精密製造技術皇冠,那麼EUV光刻機就堪比皇冠上的明珠,其重要性不言而喻。目前,EUV光刻機可以用於製造7nm-3nm工藝的芯片,當下的晶元代工廠想要在先進工藝上取得突破,光刻機尤其是EUV光刻機是繞不開的設備。毫不客氣地講,現階段全球高端光刻機制造領域,都是ASML的天下。那麼在這位荷蘭巨頭的背後,誰才是最大股東? 但不想任由日本半導體產業一家獨大的英特爾、台積電、三星三巨頭,果斷選擇既是ASML的客户,又成為公司的股東。有了三巨頭的支持,ASML繼續突飛猛進,股價飆升。在日本半導體產業遭到打壓的同時,變更為美國的資本國際集團、美國貝萊德集團以及英國資產管理公司柏基投資。顯而易見,荷蘭ASML的背後,最大股東其實是美國資本。截至目前全球範圍內只有荷蘭ASML一家能夠生產製造高端EUV光刻機,且每年的產能有限。 而且按照國務院計劃,未來五年,我國芯片自給率要從30%提升到70%,芯片產業集體升級,必然會帶動光刻機需求量。對於ASML而言,未來五年中國市場的重要性將不斷提升。你對ASML這家光刻機企業有何看法,你認為日後能夠順利與中國企業進行合作嗎?

    模擬技術 光刻機 ASML

  • 挽救生命的合成生物學解決方案

    挽救生命的合成生物學解決方案

    如果我們能夠將物理學和生物學相結合,在硅芯片表面迅速研發出經濟實惠的新型個體化藥物,用於治療癌症、代謝紊亂和傳染病,那會怎麼樣?現在想象一下,如果這種突破性技術能夠利用大自然的力量,併為人類提供應對醫藥、製造業和農業領域最關鍵挑戰的途徑,又會怎麼樣? 合成生物學並非科幻小説中遙不可及的幻想,而是一項革命性的跨學科新技術,旨在使生物學技術輕鬆實現工程設計。這項技術融合了化學、生物學、計算機科學和工程學的各種先進技術,用於設計和製造自然界中不存在的生物組分、解決方案和系統。可以將合成生物學看作是一個基於生物學的工具包,它使用抽象、標準化和自動化構造來改變我們構建生物系統的方式,並擴展可行產品的範圍1。 Evonetix一直在重新定義生物學和開發一種以前所未有的精度和規模合成長鏈DNA的截然不同的解決方案。這家生物技術初創公司的使命是促進合成生物學領域的快速發展,提高開發合成生物解決方案(如可以挽救生命的疫苗)的質量和速度並降低其成本,從而改善全球人口健康。 為了快速開發先進平台並將其推向市場,Evonetix需要一個具有深厚領域知識、生物傳感器解決方案、MEMS處理和半導體精密加工專業知識的合作伙伴。Evonetix選擇攜手ADI公司及其創新中心Analog Garage,助力實現願景,並將DNA合成交到全球每一位研究人員的手中。 一、概覽 1、公司 Evonetix是一家總部位於英國劍橋的生物技術初創公司,是一家開發可擴展、高保真和快速基因合成桌面平台的合成生物技術公司。 2、應用 新型可以挽救生命的藥物的發現和開發,治療分子設計和合成,以及精準醫療和診斷。 3、挑戰 快速開發經濟實惠、即插即用、桌面DNA寫入器平台,擴大規模並實現商業化。在2022年初創建最簡可行產品(MVP)。 4、目標 使世界各地實驗室的科學家能夠快速合成長鏈DNA,改善全球人口健康。 二、傳統DNA合成 30多年來,合成DNA的方法一直是構建DNA單鏈,然後將它們組合形成更長的雙鏈DNA。目前的技術速度較慢,幷包含隨機錯誤,需要花時間進一步分析和排序,才能確保獲得可接受的質量。因此,這一過程阻礙了新藥物療法的快速發展和醫療保健的進步。 三、EVONETIX生物合成 Evonetix提出的專有方法是開發一個將物理學和生物學相結合的平台,在芯片表面成千上萬個獨立控制的微型反應位點調節DNA的合成。 圖1. 硅芯片 圖2. 芯片上的微型反應位點 圖3. 長鏈DNA的合成 圖4. 識別並清除錯誤 合成之後,將通過一個突破性工藝過程識別並清除錯誤,精度將比傳統方法高几個數量級。合成DNA技術提供個性化、個體化藥物,使醫療專業人員能夠做出更合理、更準確的病人護理決策。 四、共同努力實現宏偉目標 ADI在不斷探索生物技術初創企業前景的過程中,與Evonetix合作,研究新技術,構建新功能,開拓新商機。ADI的生物傳感器解決方案專業知識、先進的MEMS處理技術以及獨特的半導體精密加工能力是Evonetix實現其快速生物合成願景所需的三個關鍵要素。這三項技術有助於加快藥物發現。 2019年1月,Evonetix開始與ADI的內部孵化器和創新中心Analog Garage合作。此次合作將加速Evonetix首款桌面DNA寫入器的開發和擴展,推動實現商業化;同時設定了一個宏偉目標:到2022年初完成MVP的開發。 ADI公司數字醫療健康高級副總裁Patrick O’Doherty表示:“通過與Evonetix合作,ADI公司得以進入不斷髮展的合成生物市場”。 “此次合作旨在提高基因組裝的速度和降低其成本,以形成可用於生產經濟實惠的藥物並在全球範圍內治療各種疾病的創新戰略。”Patrick O’Doherty談道。五、ANALOG GARAGE Patrick O’Doherty指出:“Analog Garage將世界領先的研究型大學和高科技初創企業的工程師、數據科學家、硬件和軟件人員彙集在一起。其中很多人擁有信號處理、機器學習或材料科學領域的博士學位,這些都是典型半導體公司的非傳統技能,他們在快速發展的創業環境中,積極創建新的解決方案和突破性技術。” “Analog Garage研發團隊利用科學、算法、數據及其創造力提供解決方案,為我們的客户解決挑戰性問題。我們一直在尋找優秀人才和公司,攜手構建改變世界的解決方案。”Analog Garage分部總經理Pat Coady表示。 圖5 Evonetix與Analog Garage合作,攜手開發集成式解決方案,包括MEMS平台,這是一種專用集成電路(ASIC),旨在實現微型控制電子元件和流動池。 Evonetix目前正在使用ADI公司的測試芯片傳感器結構進行測試,在未來兩年內,將進行更多的實驗、評估和驗證。最終的芯片尚未完全開發完畢。ADI公司將負責該技術的商業推廣,並幫助生產桌面DNA寫入器設備。ADI公司計劃在開發階段完成後立即生產該傳感器芯片。Evonetix首席技術官Matthew Hayes博士表示:“Analog Garage研發團隊的支持和專業技術在幫助我們設計複雜控制ASIC方面發揮了不可估量的作用,我們期待進一步展開合作,以實現該平台的商業化規模生產。”六、Evonetix即插即用桌面設備 圖6. Evonetix桌面設備的設計概念圖 Evonetix DNA寫入器將是一款即插即用桌面儀器,易於獲取和使用。它將通過一次性專用盒體支持多種功能和應用,這些盒體包含大量的複雜組件並支持高度並行的合成。 Evonetix的首款產品預計將在2021年底進入beta測試階段。之後,ADI和Evonetix將繼續合作,共同提高基因組裝的速度,提高效率和精度,降低成本。 “我們的使命是開發高度並行的桌面平台,以實現DNA合成的精度和規模。與ADI公司的合作使我們向前邁出了重要的一步。”Matthew Hayes博士表示。七、對人類的影響 圖7 1、抗擊疫情 在撰寫本文時,還沒有獲得批准的COVID-19新冠病毒疫苗或治癒方法,但是世界各地的研究人員都在利用他們所擁有的技術努力尋找解決方案。人類終將擊敗COVID-19新冠病毒,但就目前而言,未來仍未可知。 Evonetix突破性桌面平台的最終開發和商業化進程,可能無法在抗擊COVID-19新冠肺炎疫情的過程中發揮重要作用。但是,Evonetix至關重要的、截然不同的基因合成方法,可能在抗擊下一次及以後的疫情中發揮重要作用。這項技術讓未來充滿了希望,使全世界的研究人員能夠快速、準確、經濟高效地開發出挽救生命的藥物和疫苗。 2、對人類的深遠影響 DNA合成有望助力實現旨在生產經濟實惠的藥物並治療各種疾病的創新戰略。合成生物學可用於製藥和新藥研發、先進生物燃料、工業生物技術、特種化學品、可再生能源、農業和材料科學等各種領域的應用。它可能有助於減少我們對石油的依賴,阻止傳染病的傳播,並滿足世界飢餓人口的營養需求。 快速而準確的基因合成加速了科學家大規模利用生物學的能力,這是使用其他方法無法實現的。Evonetix和ADI合作開發的這項技術能夠解決人類面臨的最大挑戰,為人類創造一個更美好、更安全、更健康的地球生存環境。

    ADI 生物學 MEMS Evonetix

  • 美國芯片巨頭截胡聯發科,推出全球最強5G基帶芯片

    美國芯片巨頭截胡聯發科,推出全球最強5G基帶芯片

    在移動手機芯片領域,大家耳熟能詳的有高通、蘋果、華為、三星和聯發科,這五家企業代表着手機芯片的頂尖水平。除了蘋果和華為,其他三家芯片企業都是對外供應的,而高通一直以來都是當之無愧的霸主,國內企業基本上都離不開高通驍龍處理器。 5G時代來臨後,聯發科緊緊抓住了這次機遇,一年之內發佈了多款廣受市場認可、功耗和性能俱佳的天璣系列芯片,比如天璣720、天璣800、天璣820和天璣1000+芯片,最近主打高端市場的天璣1200也已經發布。 根據數據顯示,2020年第三季度,聯發科在全球手機芯片市場的份額達到31%,高通則為29%。從這份數據明顯可以看出,聯發科超越高通是不爭的事實,而聯發科登上全球第一的寶座也名正言順。而近日,聯發科公佈了,2020年第四季度以及全年的營收財報,分別為964.25億元和3221億元。從這份數據看出,聯發科在營收上也開始反超高通了。 站在當前角度,從“山寨之王”到世界第一,聯發科這一路走來非常勵志。早年聯發科為了營收,不惜犧牲名聲,向山寨全民集運批發出售集成式芯片解決方案,這讓聯發科公司在行業內逐漸被人熟知。 在英特爾退出5G基帶芯片市場後,目前擁有5G基帶芯片的企業只有美國高通、韓國三星、中國華為、中國台灣的聯發科、和中國紫光展瑞。高通於2016年10月,就發佈了全球首款5G基帶芯片驍龍X50,於2019年2月19日發佈了第二代5G基帶芯片X55;三星於2018年8月15日在官網正式發佈了5G基帶Exynos Modem 5100;華為於2018年2月發佈了巴龍5G01和基於該芯片的首款3GPP標準5G商用終端CPE,於2019年1月24日發佈了第二代多模5G基帶芯片Balong 5000;聯發科於2018年6月在台北電腦展上發佈了首款5G基帶芯片M70;紫光展鋭於2019年2月26日發佈第一代5G多模基帶芯。 在前一段時間,國產芯片巨頭—聯發科正式發佈了旗下首款5nm工藝5G基帶芯片產品—M80,這款5G芯片產品也成功獲得了“全球最快的5G基帶芯片”稱號,5G上行速率最高可達3.76Gbps,5G下行速率最高可達7.67Gbps,成功超越了三星、高通以及華為5G芯片,但面對咄咄逼人的聯發科,似乎也讓高通方面所有反擊,僅僅只過了幾天的時間,"全球最快5G基帶芯片"稱號便再次易主,高通正式對外發布了旗下第四代5G基帶芯片—高通驍龍X60,5G網絡速率最高可達10Gbps,再次截胡聯發科 ,官方透露,驍龍X65的無線性能能夠媲美光纖,這是其支持目前市面上最快5G傳輸速度的原因之一。 聯發科,同樣是老牌芯片全民集運,其實力與高通相差無幾。但是現在看來,聯發科已經回到了正軌,並且其發展呈現出一股不可阻擋的崛起之勢! 其二在於聯發科的芯片物美價廉,無論是中低端還是高端處理器,價格都比高通驍龍便宜,但性能差距卻不是很明顯。對於各大手機公司而言,既然性能都差不多,那麼為什麼不選擇價格低的呢?所以聯發科自然比高通更有競爭力,營收超出預期是必然的結果。 只要掌握核心技術,有技術積累,高通的霸主地位就依然穩固,聯發科想要在技術上超越高通,還需要走很長一段路。對於高通發佈全球首個支持10Gbps 5G速率和首個符合3GPP Release 16規範的5G基帶芯片,再次截胡聯發科,重新奪回了“全球最強5G基帶芯片”榮譽,各位小夥伴們,你們對此都有什麼樣的看法和意見呢?歡迎在評論區中留言討論,期待你們的精彩評論!

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  • 台積電之後又一芯片巨頭官宣170億美元美國建廠: 目標直指3nm!

    台積電之後又一芯片巨頭官宣170億美元美國建廠: 目標直指3nm!

    芯片,可以説是現如今全球科技領域當中的熱點所在。其不僅是手機、電腦等各大科技產品的核心組件,且在人工智能、新能源汽車等新興產業中,也能夠發揮重要的作用。在這種情況下,芯片也是成為了如今各大經濟體在科技領域中的重點競爭版塊。 最近,亞洲最強芯片代工巨頭台積電好事連連,例如今年Q2季度營收101億美元,同比增長30.4%,排名世界第一;還拿下全球最大半導體公司英特爾7nm芯片代工大單,進一步壯大市場分額;其股價更是節節攀升,市值一度飆升至超4100億美元,躋身全球前十大市值公司。 如今,在芯片先進製程方面,台積電又釋放了枚枚“照明彈”。據瞭解,這是由於台積電有3nm進入量產時,月產12英寸晶圓超60萬片的目標。台積電芯片製程速度之快,令外界驚訝。在英特爾還在依仗14nm芯片時候,台積電已經制造出10億顆良率完好的7nm芯片,同時,台積電還持續研發7nm+和6nm芯片,以及持續提升已經量產的5nm芯片產能。在此基礎上,台積電又邁出了新的步伐。 在2020年5月的時候,世界範圍內最大芯片代工廠——台積電,就宣佈了決定赴美建廠的消息,同時台積電更是透露出,準備在日本設立全資子公司的計劃,併為此斥資1.86億美元。作為如今芯片代工業的領頭羊,台積電在業內的影響力是不言而喻的。三星方面還表示,該工廠預計將於今年的第二季度開始正式動工,計劃在2023年第三季度的時候正式投入運營。據悉,在該工廠建立完成後,將為美國創造出多達1800個工作崗位。 隨着三星電子的加入,美國全球最大芯片供應國的地位無疑將得到穩固。由此可見,台積電正在想方設法提升產能,以應對接下來全球範圍內愈發嚴重的晶圓緊缺狀況。 近日消息,美國得克薩斯州官方文件顯示,韓國科技巨頭——三星電子,正在考慮將晶圓工廠建在奧斯汀市,眾所周知,三星有着世界最頂尖的屏幕,還有着頂尖的閃存,這些都是手機必不可少的,而且三星還可以自己生產研發處理器芯片,如果説誰可以實現完全自產手機,那可能就是三星! 隨着國產品牌手機的崛起,國內絕大部分份額已經被國產品牌所佔領,曾經三星蘋果的天下已經不復存在了,甚至已經沒有了三星身影,但是三星強大的實力毋庸置疑,依然保持着世界第一。 而三星在美國建設的新晶圓廠,投入比台積電美國工廠多了50億美元。據文件透露,三星電子的美國工廠計劃2021年第二季度破土動工,預計2023年第三季度就能投入運營。 高通、華為現在連5nm都還沒研發出來,而三星直接彎道超車到了3nm,實在是令人不可思議。據瞭解,三星的3nm工藝採用了最新的全柵極(GAAFET)技術,對比5nm芯片面積減少了三分之一,性能也提升30%,功耗減少50%,這樣的差距簡直不敢讓人直視,一旦3nm芯片進入量產,高通、華為的噩夢就要來臨了! 為了能夠實現對台積電的超越,三星此前就曾宣佈:將跳過4nm芯片的研發,直接進行3nm芯片研發。早在一年前,三星開始進行3nm GAAFET工藝的研發,最初計劃於2021年開始量產。與此同時,三星還曾表示要在2020年之前採用4nm GAAFET工藝,但業界對三星是否能在2020年之前將該工藝量產表示懷疑。 從事實上看,三星將GAAFET芯片投入生產的時間比業界預期的還要早。但隨着三星3nm芯片原型的開發,其量產的時間或許會比市場預期更早。 現如今,三星為了能夠推動自身芯片研發進程的加快發展,更是“效仿”台積電做出了赴美建廠的決定。美國提供的充足的資金,以及當地先進的技術、設備和原材料等因素,無疑能夠為三星提供不小的助力。輸了7nm的三星是否能在3nm扳回一城?對此大家認為三星能否成功在2022的時間節點上超越台積電?歡迎在下發留言評論!

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  • 美國彭博社:中國瘋狂囤積芯片和芯片製造設備抵禦美國

    美國彭博社:中國瘋狂囤積芯片和芯片製造設備抵禦美國

    近日,據媒體報道,美國人稱發現中國正在大量囤積芯片,這難道意味着國產芯片無望了?彭博社在最新的報道中指出,受中美之間的微妙關係影響,中國正在囤積美國的電腦芯片。這表明當地的科技公司正在為惡化的關係做準備,因為這種情況很有可能導致難以採用美國的技術及產品。 此前美國斷供了華為芯片,並以制裁威脅使用美國產品的公司,不允許它們和華為公司繼續合作,最近幾年,中國在科技領域的不斷崛起讓“頭號”強國美國感到了危機,為了防止我國企業超越自己,美國政府在政策上對中國科技企業進行了前所未有的打壓。 高技術芯片是計算機產業的核心技術,也是包括高科技通訊設備在內的各種電子產品中不可缺少的電子元器件,因此國產化芯片的研製愈發迫在眉睫,畢竟只有自主生產芯片,才能在渡過這場難關的同時,也不再被別國卡脖子。不過事實證明,美國的做法並非利己,不斷蠶食他人的蛋糕最終只會慘遭被“反噬”的下場。 英特爾日內公佈了其2020財年第四季度及全年財報。該報告顯示,這位美國芯片巨頭第四季度的營收從去年同期的202.09億美元下跌1%至199.78億美元;淨利潤則從69.05億美元暴跌15%至58.57億美元。 分析師預測,英特爾第四季度的營收為175億美元,遠低於其實際營收199.78億美元。其緣由很可能跟美國去年9月份的芯片出口調整政策有關。 根據最新統計,美國芯片已經在兩個月內損失1.1億;反觀中國,雖然目前有些技術壁壘依舊難以攻克,但是這次“挑戰”卻刺激了整個中國芯片產業。現階段,中國芯片國產化已經邁出加速的腳步。 但想要實現芯片的國產化,難度不可謂不大,首先芯片的生產涉及到電子、信息以及材料等多個領域,需要工業以及研發能力統統到位,其中某一方面如果出現短板,都會造成整體的生產出現問題。 在美國的持續打壓和實體名單的制約之下,中國企業從去年開始,從日韓等國家購買了近320億美元的芯片設備。根據對官方貿易數據的分析,去年中國企業從日本、韓國和台灣地區等地購買了近320億美元用於生產計算機芯片的設備,比2019年猛增20%。隨着華為等公司在美國製裁前囤積物料,中國計算機芯片的進口額攀升至近3800億美元——約佔全年進口額的18%,在中國芯片“國產化”的影響下,日韓芯片企業可謂賺得盆滿缽滿。 儲存半導體是一回事,但儲存製造半導體的複雜、昂貴的機械又是另一回事,而且還伴隨着風險。雖然對於儲存用於製造智能手機或筆記本電腦的設備來説,這可能是有意義的,但這種方法不適用於每台成本達數千萬美元的晶圓製造設備。 芯片的研發週期長,試錯成本高且排錯難度大,從電路設計到投片,最少就得要半年的時間,其中還不包括前期的架構設計,之後芯片投片送到工廠生產,又需要兩到三個月的時間,一次投片的費用也需要數十萬元以上,先進工藝的芯片更是高達上千萬甚至幾千萬的鉅額開銷,其中某一方面如果出現短板,都會造成整體的生產出現問題,以光刻機為例,它是芯片製造過程中必不可少的一件設備,但國內的光刻機還處於起步階段,該企業的龍頭一直是荷蘭的ASML公司,佔據了全球五分之四左右的市場,一天沒有實現先進光刻機的自主研發,芯片就無法實現徹頭徹尾的國產化。 這也是國內當機立斷的決定大量囤積芯片的原因之一,進口芯片可以應對國內暫時無法生產高端芯片的困境,為芯片的研發儘可能的爭取時間。 此外大量購進芯片還因為疫情期間,全球對於電腦等居家辦公電子產品的需求激增,這些智能產品將能夠為國家帶來大筆收入,再次驗證了芯片國產化的必要性。總而言之,芯片國產化勢在必行,這樣才能持續在半導體這個新興行業中處於有利地位,並避免再次被卡脖子,相信就如之前的許多年一樣,在不懈努力之後,一定能實現芯片的自主生產,打破對外國技術的依賴,並有朝一日在這個領域也能讓世界各國刮目相看。 中國芯片製造技術正在高速前進,但距離世界一流水平還有一定差距,研發之路,任重而道遠。目前,我國光刻機技術和一些芯片製造關鍵性材料已經被納入我國科研項目清單,在國家的大力扶持下和政策的推動下,越來越多的科技企業投身到芯片重點領域的技術研發上。 外國芯片企業的紅利能否持續,將取決於中國自主半導體產業的發展是否成功以及步伐快慢。中國將在3月正式公佈“十四五”規劃的經濟戰略細節,此前已經明確將科技自立作為國家戰略目標。其核心是推動自主製造芯片,減少對外國技術的依賴。 誠然,中國芯片製造商處境艱難。儘管它們主要生產用於商業應用的芯片。因此,他們可能別無選擇,只能儲備一些外國設備,因為擔心由於地緣政治因素而失去使用這些設備的機會。 然而,如果中國真的想要實現從外國半導體技術中獨立出來的目標,那麼其中一些資金最好花在研發上。但這將需要10年以上的時間,而且這將是一個混亂而昂貴的過程,沿途會有許多失敗。 近日,國產光刻機已經實現28nm製程研發工作,並已投產,中國芯片國產化速度又提前了一步。市場普遍認為,一旦中國實現芯片國產化,美國芯片業很可能成為最大的輸家。對此俄羅斯網友評論:現在下論斷還為時尚早,且行且看,3年內就能見分曉。

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  • 一種面向極端高温環境的高可靠精密數據採集與控制平台

    一種面向極端高温環境的高可靠精密數據採集與控制平台

    簡介 在許多惡劣環境系統中,一個不斷增長的趨勢是高精密電子器件離高温區域越來越近。這一趨勢背後有多個推動因素,在能源勘探、航空航天、汽車、重工業和其他終端應用中都有體現。1 例如,在能源勘探領域,環境温度增幅為深度的函數,相關設備的典型工作温度為175°C及以上。受尺寸和功率限制,有源冷卻不太實際,熱對流非常有限。在其他系統中,需要把傳感器和信號調理節點置於高温區域附近,比如發動機、剎車系統或高功率能源轉換電子器件,以提高系統的整體可靠性或降低成本。 從歷史上來看,工程師要為這些應用設計出可靠的高性能電子器件是非常困難的事,因為市場上缺少製造商為這些工作條件生產指定的組件。幸運的是,近年來出現了越來越多的(IC和無源)組件,製造商指定的工作温度高達175°C及以上。另外,最近的參考設計也偏重於性能,將部分這些組件在信號鏈子系統中結合起來,實現精密數據採集,以使系統設計師能更快地採用相關技術(如CN-0365),並幫助他們降低設計風險、縮短上市時間。但在此之前,在高温精密數據採集方面,距離特性良好、廣泛可用的全功能平台還存在一些差距。 在本文中,我們將介紹一種新型高温精密數據採集與處理平台,其工作温度高達200°C。該平台包括一個高温電路組件,以及一個數據採集前端和微控制器、優化的固件、數據採集與分析軟件、源代碼、設計文件、材料清單和測試報告。該平台適合參考設計、快速原型製作和高温儀器儀表系統實驗室測試。電路組件的尺寸和結構均經過特別設計,可兼容石油天然氣儀器儀表的尺寸要求,但也可作為其他高温應用的基礎。 硬件架構概述 油氣勘探中使用的儀器儀表(也稱為井下工具)與許多精密數據採集與控制平台類似,但對性能和可靠性有着具體的要求,可以作為本參考平台的案例進行研究。在該應用中,系統來自各類傳感器的信號採樣,以收集與周圍地質構造相關的信息。這些傳感器可能是電極、線圈、壓電傳感器或其他傳感器。加速度計、磁力計和陀螺儀可以提供有關鑽柱的傾角和轉速信息。這些傳感器中有一些的帶寬要求極低,其他傳感器則能提供音頻頻率範圍內或以上的信息。需要使用多個採集通道,還必須在高温(一般為175°C及以上)下維持高精度。另外,這些儀器儀表中很大一部分採用電池供電,或者可用電能有限,因此,必須具有低功耗和多個工作模式的特點,以實現功耗優化。 在有關電子系統的要求以外,井下應用還存在機械上的限制,可能決定着電子組件的尺寸,也可能會影響組件的封裝和選擇。對於後一個問題,我們將在後面各節裏詳細討論,目前要注意的是,這一段的電路組件一般對電路板寬度有限制。必須將電子組件放在鑽探作業中使用的管狀壓力容器中,因此其長寬比具有狹長的特點。這種形狀上的特點限制了可用組件的尺寸和密度,也可能限制組件佈局和信號路由的分割方式,結果可能對高精度電子器件的性能造成影響,因此,要特別注意佈局和其他封裝設計細節。圖2所示為一種典型尺寸、裝在一個管狀壓力容器裏的電路組件(透明,頂部),裝上電路板後管狀壓力容器的橫截面(底部)。 本文討論的可靠參考設計平台基於CN-0365模擬前端參考設計,其目的是為基於高温低功耗微控制器的精密數據採集和控制解決方案奠定基礎,使其符合眾多井下儀器儀表和其他高温電子器件的要求。基於AD7981模數SAR轉換器,該參考設計展現了一種全功能的系統,帶2個高速同步採樣通道和8個額外的多路複用通道,可滿足廣泛的井下工具的數據採集需求(共10個通道)。該模擬前端通過SPI端口接入來自聯盟合作伙伴Vorago Technologies和Petromar Technologies的VA10800 ARM® Cortex®-M0。該設計是不斷壯大的ADI高温應用產品和解決方案生態系統裏的最新成員。 圖1.高温參考平台。 採集後,可以在本地處理數據,也可通過UART或可選的RS-485通信接口傳輸出去。電路板上的其他配套組件(包括內存、時鐘、電源和無源器件)均為各自供應商指定的、支持高工作温度的器件,經驗證,這些組件能在200°C或以上的温度下可靠地工作。圖1和圖2所示為該高温參考平台的實際電路板圖和高層次功能框圖。圖2所示電路板展示的是井下電路板佈局和尺寸,約長11.4英寸、寬1.1英寸。 圖2.井下電子組件尺寸。 CN-0365應用筆記中全面地介紹了該平台精密數據採集通道的設計問題。3 該設計是這個平台上的三個ADC輸入的基礎,不過,為了滿足電路板尺寸要求,使平台能在最高200°C的温度下可靠地工作,主要在無源元件選擇方面進行了一些調整和優化。參考採集通道電路如圖4所示。有2個能在高採樣速率下工作的數字多路複用通道,每一個都含有一個完整的數據採集通道(與CN-0365類似)。還有一個模擬多路複用通道,其在輸入之前添加了一個ADG798多路複用器,並針對低吞吐量輸入進行了優化。R1和R3為U1的同相輸入提供1.25 V偏置電壓,防止其在斷開時或者取消選擇多路複用器時,浮動至模擬輸入的供電軌。可以更改R8和R9,以提高U1的增益。R4、R7和C1是抗混疊濾波器,但也可以將它們重新配置為衰減器或交替濾波器配置。R5、R6和C4構成ADC驅動器與ADC輸入之間的RC濾波器,該濾波器的作用是限制到達ADC輸入的帶外噪聲量,並衰減來自ADC輸入開關電容的反衝電壓。 圖3.高温參考平台功能框圖。 圖4.ADC驅動器配置。 設計該平台就是為了利用AD7981 ADC的多個關鍵特性。這款16位、600 kSPS轉換器能提高超過85 dB的典型SINAD以及±0.6 LSB的典型INL,其中,基準電壓源為2.5V且無丟碼。採用5 V基準電壓源時,可以實現90 dB以上的SINAD,但在本平台中,為了維持與較低電壓系統的兼容性,我們沒有選擇這一規格。由於ADC內核在轉換週期之間會自動進入省電狀態,因此,ADC的功耗會隨吞吐量自動線性變化。在使用低採樣速率的轉換器時,這樣做可以實現節能。 軟件概述 固件 平台的固件基於FreeRTOS操作系統製成,可以方便地集成任務,如數據處理和其他通信。我們對代碼進行了優化,以便非多路複用通道0和1能高效地完成快速ADC轉換,多路複用通道2到9的轉換耗時低至10 μs。轉換結果可以在本地處理,也可以2 Mbps的速率從UART通道中傳輸出去。轉換結果緩衝器的大小為16 kB(8k次採樣結果),既可在多個通道之間共享,也可專門供一個通道使用。該固件以開源格式提供,最終用户可以對其進行定製,還可將其作為最終應用的基礎。 數據採集與分析軟件 圖5所示為數據採集與分析軟件,基於.NET接口設計,電源組件通過一個USBUART-TTL電平轉換器。藉助定義明確的協議,可以與硬件(包括控制和數據流)進行通信。數據可以在突發模式下采集數據,也可連續採集。另外納入了數據分析功能,以在時域和頻域分析與驗證SNR、THD和SINAD(如FFT)。也可將數據記錄到文件(如導出到Excel),以便存儲起來或者在其他應用中進行處理。就如固件一樣,我們免費提供了數據採集軟件的源代碼,最終用户可以進行定製。 圖5.數據採集與分析軟件。 高温構造 本參考平台採用適合在200°C條件下工作的組件和其他材料製成。平台上使用的所有組件均為各自制造商指定的高温工作組件(另有説明時除外),並且全球經銷商網絡已經開始大量供貨。全部BOM、PCB佈局圖和裝配圖紙都隨參考設計包免費提供。 電容 用C0G或NP0電介質電容進行小容值的濾波器和去耦。這些電介質電容的温度係數表現極其平坦,一般而言,其對屈曲應力的耐受性更好。5 為使RC濾波器具有高Q、低温度係數,並且在變化電壓下具有穩定的電氣特性,建議使用C0G或NP0型電容。我們用小尺寸0805或以上陶瓷器件減小了組件與PCB之間的CTE失配。出於大量存儲需要,我們選擇了高温鉭電容,並在尺寸與ESR之間進行了平衡。 電阻 設計主體部分採用薄膜SMT電阻(汽車級PATT系列),市場上貨源充足。另外,根據設計需要,針對特定值和尺寸選擇了部分厚膜SMT電阻。 連接器 電路板連接着一個額定温度為200°C的Micro-D,後者常用於高可靠性行業。為了減少信號串擾,我們對連接器外殼進行了特別處理,將其接地至組件中的PCB。對於要求最高信號完整性和最低串擾的應用,則要採用高温專業連接器(或者無連接器)和同軸或屏蔽平衡輸入,以減少串擾。 PCB設計和佈局 在井下應用中宜選擇狹長形的PCB,因為這些應用裏的電路板必須符合鑽孔和耐壓殼限制要求。選擇的電路板材料是一種耐高温無滷聚酰亞胺。指定電路板厚度為0.093英寸而非0.062英寸的標準厚度,因為這樣可以增加剛度和平坦度。 採用鎳金表面處理,其中鎳提供一個壁壘,可防止金屬間增生,金則為接頭焊接提供一個良好的表面。 對於選擇的0.093英寸電路板厚度,典型的四層堆疊中有一個約13密耳的銅隔離層和一個60密耳的大內核。如果是六層結構,則隔離層一般厚9.5密耳和28密耳。為此,我們採用了六層設計,這樣就可以在每個信號層設置一個接地層,從而改善噪聲性能。 電源和數字通信信號饋入一個連接器,模擬信號則饋入反向連接器。這樣就可以在數字域與模擬域之間實現良好的隔離和信號流。地的分割設在電路板中間,電源濾波則設於分隔處附近。儘量減少與分隔層相交的數字控制線路,採用串聯端接以減少數字噪聲耦合。用銅網絡接線在一個點把數字和模擬接地層焊接起來,為驅動源提供一個低阻抗迴路。 多路複用器控制信號與模擬部分長度相同,但其敷設路徑與關鍵模擬信號路徑隔開。在實踐中,這些多路複用控制線路會與採集數據測量同步改變,從而最大限度地減少了串擾效應。 焊接 選擇Sn95/Sb05是為了在200°C的工作温度下提供足夠高的熔點(>230°C),同時還考慮了良好的操作性和裝配工廠的現有加工能力。 電路板安裝 我們在這塊電路板上提供安裝柱是出於方便考慮,其僅適用於基準測試或實驗室環境,不適合強衝擊和強震動環境。如果要用於強衝擊和強震動環境,可以先用環氧樹脂把組件固定在電路板上。對於IDC接頭等脆弱組件,可以採用密封方式或者從裝配件中移除。在井下或其他惡劣環境中,典型安裝方式是採用導軌安裝系統,用柔性抗衝擊安裝墊圈把整個電路板固定起來。也可以把裝配件完全密封起來並裝入安裝硬件中,然後把安裝硬件固定到底盤或外殼上。 有關相關器件的更多信息,請參閲《面向高温電子應用的低功耗數據採集解決方案》一文。 性能測試結果 我們對多塊電路板進行了廣泛的測試,以評估其在工作温度範圍內的典型性能;同時還在200°C環境温度下浸泡了200小時,以便測定裝配工藝和電路板的可靠性。 交流和直流信號鏈性能是基於SAR ADC的精密數據採集系統的一項關鍵精度指標。當ADC以600 kSPS的速率運行並且工作温度為200°C時,魯棒的比率式平台的串擾性能可達–100 dB以上,最大失調漂移達±60 mV。對於交流測試,用一個1 kHz的低失真音作為輸入信號,並用+5 VDC/–2.5 VDC模擬電源為電路板供電。圖6所示為該信號音在400 kSPS下的FFT及頻譜分析計算結果。在200°C下,SNR優於84 dB,THD達–96 dB。圖7所示為SNR和SINAD,圖8所示為採用同一輸入音時,非多路複用通道在工作温度範圍內的THD。 圖6.200°C下的FFT及頻譜分析結果。 圖7.工作温度範圍內的SNR和SINAD。 圖8.工作温度範圍內的THD。 我們測量了模擬和數字供電軌在工作温度範圍內的功耗,結果如圖9所示。室温下的總功耗為155 mW,200°C下則增至225 mW。3.3 V供電軌上的功耗由以全時鐘速率運行的微控制器和一個精密震盪器為主。我們為轉換器設定的突發採樣速率為每秒8192個樣本。 圖9.2.5 V、3 V和5 V供電軌的功耗 有關額外參數的測試結果請參閲參考平台,其額定參數指標符合200°C工作温度要求。 應用示例 油氣勘探、航空航天和重工業領域的多種應用通過加速度計實現定向和震動檢測。搭載模擬輸入的加速度計具有最高的精度,而且非常靈活,能根據應用需要調節傳感器輸出。 ADXL206是一款完整的精密型低功耗雙軸iMEMS®加速度計,可用於高温環境。其範圍為±5 g,帶寬範圍為0.5 Hz至2.5 kHz。ADXL206的輸出以½ VCC為中心,與VCC成比率。如果ADXL206和EV-HT-200CDAQ1共用VCC(在連接器上提供),則可以用多路複用器S7通道上的VCC基準電壓源清零直流失調和電源漂移。圖10為一個示例電路。必須按½的比例因子對ADXL206的信號範圍(0 V至5 V)進行調節,使其與精密數據採集系統0 V至2.5 V的範圍相擬合。具體方法是,先緩衝輸出,然後使用數據採集系統內部的衰減器。C2和C3設定ADXL206的帶寬;圖9中的例子所示帶寬為33 Hz。低帶寬應用可以使用多路複用器輸入;要實現最高的帶寬和精度,可以使用兩個非多路複用輸入通道。 小結 本文介紹了一種新的、高度集成的魯棒型精密數據採集參考平台,EV-HT-200CDAQ1,該平台經過測定,其參數指標符合200°C工作温度要求。藉助該平台,高温電子系統設計師可以在原型製作和評估中使用最先進的組件,從而縮短開發時間和上市時間。有關該平台的更多信息(包括整個設計包和軟件),請點擊此處。 圖10.高温加速度計與EV-HT-200CDAQ1的接口。

    ADI 數據採集 硬件架構 ADI

  • Teledyne SP Devices宣佈推出持續數據傳輸速率為7 GB/s的12位數字化儀

    Teledyne SP Devices宣佈推出持續數據傳輸速率為7 GB/s的12位數字化儀

    2021年2月9日,瑞典林雪平市——Teledyne技術公司的業務部門Teledyne SP Devices今天宣佈發佈ADQ32和ADQ33,這是針對高通量應用進行了優化的第四代模塊化數據採集板。憑藉板載開放式現場可編程門陣列(FPGA)和高速數據流的結合,即使在對於計算要求最苛刻的應用環境下,ADQ32和ADQ33堪稱是理想的選擇。 ADQ32雙通道12位數字轉換器支持每通道2.5 Gb/s的同步採樣,而ADQ33則支持每通道1 GS/s的同步採樣,並具有開放的Xilinx Kintex Ultrascale KU040現場可編程門陣列(FPGA) 。這兩款數字化儀為高容量應用而優化,因此適合原始設備製造商(OEM)在掃描源光學相干層析成像(SS-OCT)、飛行時間質譜(ToF-MS)和分佈式光纖傳感(DOFS)等領域進行集成。ADQ33不受出口管制,因此不需要任何許可證。 使用者可在板載FPGA中實時執行定製的專用數字信號處理(DSP),以表徵信號並提取有價值的信息。它還可用於執行數據縮減,以便輸出速率與PCI Express接口的7 G/s持續傳輸容量相匹配。接着,可以在主PC的中央處理單元(CPU)上對數據進行後處理,或通過點對點傳輸到圖形處理單元(GPU)。 這種體系結構提供了極大的靈活性,允許設計者在委派的任務中,使用最合適的處理資源類型。專用DSP的示例包括用於SS-OCT的快速傅立葉變換(FFT)和k空間重映射,以及用於ToF MS的波形平均和零抑制。 除了高流率和計算靈活性之外,ADQ32還具有出色的模擬性能,包括有效位數(ENOB),無雜散動態範圍(SFDR)等。硬件觸發、內部/外部時鐘選擇和通用輸入/輸出(GPIO)簡化了系統級集成。有關完整規格,請參閲資料表。

    Teledyne SP Devices FPGA 數字化儀 數字信號處理

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