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[导读]随着数字化进程向物理世界的深处延伸,高性能模拟技术不再仅仅是电路板上的元器件,而成为了连接现实与数字信号的核心逻辑。当前业界面临着双重压力,一方面是终端产品对精度、效率和功耗的极致追求,另一方面是开发者的研发周期被大幅度压缩的现实。在传统的开发模式中,工程师往往需要花费数月甚至一年的时间来调试复杂的信号链或电源转换电路。然而在当今的市场环境下,一款新产品从立项到上市的时间往往只有半年。这种矛盾促使半导体厂商——不仅要有极致参数的单器件性能表现,还必须提供更完整、更具参考价值的系统级设计。

随着数字化进程向物理世界的深处延伸,高性能模拟技术不再仅仅是电路板上的元器件,而成为了连接现实与数字信号的核心逻辑。当前业界面临着双重压力,一方面是终端产品对精度、效率和功耗的极致追求,另一方面是开发者的研发周期被大幅度压缩的现实。在传统的开发模式中,工程师往往需要花费数月甚至一年的时间来调试复杂的信号链或电源转换电路。然而在当今的市场环境下,一款新产品从立项到上市的时间往往只有半年。这种矛盾促使半导体厂商——不仅要有极致参数的单器件性能表现,还必须提供更完整、更具参考价值的系统级设计。

2026年7月1日~3日,慕尼黑上海电子展如期举行。在全球半导体产业迈向智能边缘与高效能源管理的背景下,ADI(亚德诺)展示了其在电源管理与仪器仪表领域的最新技术突破。我们受邀参观了ADI的展台,采访了ADI亚太区电源业务高级市场经理黄庆义 、ADI仪器仪表事业部高级市场经理姜海涛;两位分享了ADI在高性能电源架构、精密测量方案以及半导体厂商商业模式的转型。


极致能耗管理:MAX16163如何通过物理切断电源重新定义续航

在物联网与无线传感网络广泛应用的今天,电池供电设备的待机时间已成为衡量产品竞争力的核心指标。黄庆义在展台现场通过一套空气质量监测系统演示了MAX16163开关控制器的独特优势。该系统由传感器节点、MCU、LoRa通信模块以及网关组成。在对比实验中,搭载MAX16163的方案展示出了显著的节能效果。

传统的低功耗设计主要依赖于MCU自身的休眠模式。虽然现代MCU的深度睡眠电流已降至极低水平,但由于电源电路始终保持连接,系统仍存在不可忽视的静态功耗。MAX16163的逻辑则完全不同。它本质上是一个集成管子(功率 MOSFET )的开关控制器,连接在电池与后端系统之间。通过外部电阻或I2C接口,用户可以精确配置系统的休眠时间。

当系统进入休眠状态时,MAX16163会直接切断MCU及所有后端负载的供电。这意味着系统在非工作时间点的耗电几乎为零。在环境监测等应用中,传感器并不需要持续采集数据。例如空气质量监测仪可以设定为每隔十分钟唤醒一次。在唤醒瞬间,开关导通,MCU完成数据采集并通过LoRa发送至网关,随后系统再次进入完全断电状态。

根据现场展示的测试曲线,未采用该方案的系统平均功率约为400多毫瓦,而采用MAX16163后的系统平均功率降至250毫瓦。这种差异直接转化为续航时间的飞跃。在相同的电池容量下,该方案能将设备的使用时间延长至少1.5倍。如果采样间隔进一步拉长,原本只能支撑一个月的设备可能工作三到四个月。

针对成本与设计的疑问,黄庆义解释说,虽然增加了一颗器件,但其带来的电池寿命溢价远超器件本身的成本。对于单节锂电池供电的手持设备而言,这种直接切断供电的方案比单纯追求MCU低功耗模式更为彻底。它解决了MCU无法“自己关掉电源又自己唤醒”的逻辑矛盾,为智能家居、医疗穿戴以及工业传感节点提供了更优的选择。


极低噪声与超快响应:Silent Switcher 3引领精密电源设计的演进

电源噪声是精密电子系统的大敌,尤其是在射频通信、高速数据转换以及高精度仪器领域。ADI在此次展会上重点展示了基于Silent Switcher 3架构的新一代降压转换器LT8622S。这款18V/2A的电源芯片代表了目前DC-DC转换器在噪声控制方面的顶尖水平。

Silent Switcher 3架构的核心优势在于其极低的低频噪声表现。在10Hz至100kHz的带宽内,其输出噪声仅为4μVRMS。这一指标已经非常接近低压差线性稳压器LDO的水平。传统观点认为开关电源效率虽高但噪声大,而LDO噪声低但效率低。Silent Switcher 3的出现打破了这种性能权衡,让工程师在获得高转换效率的同时,不再需要为系统噪声感到焦虑。

在动态响应方面,该方案同样表现优异。LT8622S的最小导通时间仅为12ns。这是一个非常关键的指标。随着系统集成度提高,很多应用需要将较高的输入电压直接转换为极低的输出电压,此时占空比变得非常小。如果芯片的最小导通时间过长,就无法支持高频率工作,或者在动态调节时产生不稳定性。12ns的指标让该芯片可以在4MHz甚至更高频率下稳定运行,从而减小了外部电感和电容的体积。

为了直观展示噪声差异,ADI在现场设置了一个音频对比实验。将LT8622S的输出与普通DC-DC的输出分别送入低噪声放大器,最后连接至喇叭。通过人耳感知的20Hz到20kHz音频范围,普通方案产生了明显的嘈杂声,而Silent Switcher 3输出的声音极其微弱。这种低噪声特性对于PLL、VCO以及高精度ADC的供电至关重要。

对于开关电源固有的基频噪声,黄庆义指出,虽然基频无法完全消除,但由于Silent Switcher 3大幅提升了开关频率,工程师可以使用更小尺寸的LC滤波器将截止频率设置得更低,从而轻松滤除兆赫兹级别的基频。同时,该芯片内部集成了旁路电容,极大地优化了高频EMI特性。这不仅简化了PCB布局难度,也提升了系统整体的电磁兼容性能。


AI芯片的供电保障:ADPM12200助力AI数据中心应对峰值功耗

随着AI大模型和算力需求的爆发,数据中心对电源模块的功率密度和动态响应提出了前所未有的挑战。ADI展示的ADPM12200是一款48V转12V的非隔离四分之一砖电源模块。它的正常输出功率为2000W,而峰值输出功率竟可达到3000W。这一性能指标紧贴当前GPU和AI芯片在高速运算瞬间产生的巨大功率波动需求。

ADPM12200之所以能实现如此高的功率密度,主要归功于ADI专利的耦合电感技术。在传统的电源模块中,多相电感往往独立工作,这限制了动态响应速度并增加了导通损耗。而ADI采用的四相耦合电感技术让各相电流之间产生了耦合关系。这种设计显著减小了漏感,使得系统带宽做得更宽,动态响应更快。在负载剧烈变化的AI计算场景下,电源能够迅速跟进电流需求,有效避免电压过冲或掉电。

效率是评价大功率电源模块的另一关键维度。如果效率不高,巨大的发热量将导致系统无法稳定运行。ADPM12200在半载条件下的转换效率达到了98%。这种高效率减少了热量的产生。同时,模块采用了专门的金属散热结构设计,确保热量能够快速导出。此外,该模块支持四路并联工作,通过内部的均流电路,可以实现更大规模的电力供应。

在智能化管理方面,ADPM12200集成了完善的控制功能。它支持标准PMBus接口,允许系统实时读取电流、电压以及温度等参数,并进行远程开关机控制。模块内部还内置了类似航空黑匣子的功能,能够记录故障发生时的瞬态数据。这对于大型数据中心进行故障排查和可靠性分析具有重要意义。它不仅是一个供电组件,更是一个可监测、可管理的智能电力节点。


精密测量的新高度:从七位半万用表到数字化仪的高端突破

仪器仪表是ADI传统优势领域。在本次展会上,ADI展示了多项从直流到多GHz频段的系统级测量方案。其中,七位半数字万用表(DMM)解决方案吸引关注。该方案基于24位、2 MSPS的SAR ADC芯片AD4630构建。在现场演示中,测量数据的末位跳动极小,展现出卓越的稳定性和精度。

实现七位半精度是一个系统性工程,单纯依靠高性能ADC是不够的。ADI在方案中集成了ADR1001精密基准源,并配合ADA4625和ADA4945等高性能放大器构成前端信号链。这套方案已经完成了从硬件电路到底层软件的完整开发。客户在此基础上只需进行上层应用逻辑的编写,即可快速推出自己的高端万用表产品。这反映了测量仪器从单纯追求指标向追求开发效率转化的趋势。

在高压大电流测量领域,ADI推出了支持±100V、±1A的四通道源表(SMU)参考设计。该方案采用数字闭环控制技术,具备极高的灵活性。用户可以根据实际需求调整输出级。例如,如果测试对象仅需30V电压,用户只需更换更低成本的放大器,而无需更改核心控制逻辑。这种模块化设计思路能够帮助国内半导体测试设备厂商快速响应多变的产线需求。

针对高速采样场景,ADMX6001数字化仪展示了12比特分辨率与10G采样率的强大组合。这款直流耦合数字化仪主要面向飞行时间质谱仪及高端示波器应用。它能够捕捉极其微弱且快速变化的信号特征。此外,针对工业现场广泛存在的阻抗测量需求,ADI提供了ADMX2001 LCR测量模块。该模块采用即插即用的标准接口定义,客户只需设计简单的底板即可将其集成到现有的测试系统中,大幅降低了精密阻抗测量的门槛。


射频与阻抗测量的系统级集成:FR3 RFFE与矢量网络分析仪的量产路径

随着5G、6G以及毫米波技术的演进,射频前端的设计难度呈几何级数增长。ADI在展会上推出的ADIFR3 RFFE解决方案,正是为了解决射频开发中的“踩坑”问题。这是一套支持6至18GHz频段的双向收发链路方案,信道带宽高达4GHz。它集成了信号生成与频谱分析功能,EVM性能优于-50dB。

射频设计对PCB布局和阻抗控制极其敏感。ADI通过提供预验证的参考设计,包含了ADMV8818等关键器件的协同工作参数,帮助客户规避了复杂的调试过程。客户可以直接购买评估板进行性能验证,并参考ADI提供的信号链路架构进行产品开发。这对于缺乏资深射频工程师的中型企业而言,是缩短产品上市周期的关键支持。

矢量网络分析仪(VNA)一向被视为测量领域的皇冠。ADI此次展示了与客户深度合作开发的4通道8.5GHz VNA PXIe板卡。该产品已经正式量产。它采用了模块化设计,将复杂的矢量网络分析功能压缩进两槽宽度的PXIe板卡中。这种高集成的设计能够让单台机箱同时测试多个被测器件,极大地提升了产线的测试效率。

在合作过程中,ADI负责了核心硬件的实现和性能优化,而客户则专注于软件定义和市场化应用。这种深度定制模式展示了ADI作为半导体厂商的新角色。它不再仅仅提供单颗芯片,而是参与到仪器的顶层架构设计中。姜海涛提到,射频产品对机械结构和板材非常敏感,ADI通过积累的经验帮助客户把底层的“脚手架”搭好,确保产品的地基扎实可靠。


商业逻辑的深度变革:从卖芯片到提供工业级系统级解决方案

在整个展会的探访中,一个被反复提及的核心观点是ADI商业模式的转变。姜海涛认为,单纯依靠高性能器件已经无法完全满足当今市场的需求。现代工业客户,尤其是广大的通用市场客户,面临着工程师经验不足和产品落地周期缩短的双重压力。

以前半导体厂商的做法是提供芯片手册和简单的评估板。但现在,ADI倾向于提供“预验证”的系统方案。这种方案包含了经过测试的原理图、Layout指导、底层固件以及API接口。对于客户来说,这就像是直接获得了一个成熟的研发平台。他们不需要再从零开始研究物理原理,而是可以直接在ADI提供的稳固基础上进行差异化创新。

这种转变背后的数据支撑非常有力。在ADI的整体业务中,工业板块占比约为45%,而其中的仪器仪表与测量业务占比超过三分之一。由于仪器仪表对信号链性能的要求最高,这里成为了ADI先进技术的试炼场。ADI与全球顶级仪表厂商维持着共生关系,既是供应商也是采购方。这种角色定位让ADI能够站在行业最前沿洞察客户的痛点。

针对不同规模的客户,ADI提供了极其灵活的合作方式。对于具备强研发实力的客户,ADI提供单颗芯片和底层参考设计;对于追求快速上市的客户,ADI提供完整的模组或成品板卡;对于有特殊需求的客户,ADI则提供深度定制的设计服务。这种全方位的赋能逻辑,旨在让高性能的精密测量和电源技术能够更快速地渗透到新能源、半导体制造以及先进通信等各个领域。


结语

在智能边缘时代,技术的领先不再仅仅体现在单颗芯片的指标上,更体现在对系统能效的极致压榨、对物理噪声的深度掌控以及对客户研发链路的全面赋能。无论是延长无线传感器的寿命,还是支撑AI算力的电力供应,亦或是助力国产高端仪器的升级,ADI正通过系统级的技术路径,将现实世界与数字世界以更高效、更精密的方式连接在一起。

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