• 多参数生命体征监测比以往任何时候都更容易

    多参数生命体征监测比以往任何时候都更容易

    简介 过去十年见证了手机、可穿戴设备和数字健康领域的巨大进步。尤其是随着电子技术的不断发展以及云计算、人工智能(AI)、物联网(IoT)和5G等技术的新突破,数字医疗健康得到了迅速扩张和采用。一些生命体征监测(VSM)功能已内置于手机、手表和其他智能可穿戴设备中,因此得到了更广泛人群的使用。人们对健康的认识日益提高引发了对小型但高精度设备的需求,这些设备应能测量各种生命体征和健康指标,例如体温、心率、呼吸频率、血氧饱和度(SpO2)、血压和身体成分。COVID-19大流行更是导致对用于医院和家庭多参数生命体征(包括体温、SpO2和心率)监测设备的需求激增。对小型且方便的健康跟踪设备(最好是智能可穿戴设备)的需求已达到新高。 在这种小型设备上增加多种检测功能存在着挑战,因为其需要更小的外形尺寸、更低的功耗以及性能显著改善的多参数功能。但是,现在可以通过单一模拟前端(AFE)解决方案来应对这些挑战。这种新型AFE可以用作多参数生命体征监测中心,支持同步测量。它具有低噪声、高信噪比(SNR)、小尺寸和低功耗等特性,可以显著改善医疗设备,尤其是可穿戴技术。对于医生、患者和消费者而言,它使得生命体征监测比以前更容易,并提供更高的性能、更长的电池寿命和更高的精度,且不会有多种设备造成的烦扰和不适感。本文讨论该单一模拟前端解决方案的一些突破性功能和特性。 新型模拟前端概述 ADPD4100/ADPD4101是一种多模式传感器AFE,具有8个模拟输入,支持多达12个可编程时隙。这12个时隙支持在一个采样周期内进行12个独立测量。8个模拟输入复用成一个通道或两个独立通道,能够以单端或差分配置同时对两个传感器进行采样。8个LED驱动器可同时驱动多达4个LED。这些LED驱动器是电流吸收器,与LED电源电压和LED类型无关。该芯片具有两个脉冲电压源用于电压激励。新型AFE的信号路径包括跨阻放大器(TIA)、带通滤波器(BPF)、积分器(INT)和模数转换器(ADC)级。数字模块提供多种工作模式、可编程时序、通用输入/输出(GPIO)控制、模块平均以及可选的二阶至四阶级联积分梳状(CIC)滤波器。数据直接从数据寄存器中读取,或通过先进先出(FIFO)方法读取。 这款新AFE有两个版本。一个具有I2C通信接口,另一个具有SPI端口。ADPD4100/ADPD4101的优势之一与光学测量有关。它出色的自动环境光抑制能力得益于在结合BPF的同步调制方案中使用可短至1 µs的脉冲,从而无需外部控制环路、直流电流减除或数字算法。使用高于1的抽取系数来提高输出SNR。它有一个子采样特性,允许选定时隙以比编程采样速率低的采样速率运行,从而节省功耗(功耗与采样速率成比例)。它还有一个TIA上限检测特性,当TIA输入超出典型工作限值时,它会利用TIA输出引脚上的电压比较器来设置中断位。 ADPD4100/ADPD4101是可穿戴健康和健身设备中各种电气和光学传感器的理想枢纽,适用于心率和心率变异性(HRV)监测、血压估计、压力和睡眠跟踪以及SpO2测量。这种新型多参数VSM AFE的多种工作模式可以容纳医疗健康应用中的不同传感器测量,包括但不限于光电容积脉搏波描记(PPG)、心电图(ECG)、皮肤电活动(EDA)、身体成分、呼吸、温度和环境光测量。 PPG测量 PPG测量可检测与每个心动周期相关的组织微血管床的血容量变化。光的总吸收与心脏收缩和舒张事件引起的血容量变化相关联,产生PPG信号。PPG测量按如下方式进行:将LED光脉冲射入人体组织,然后用光电二极管收集反射/透射的光,并将光转换为光电流。ADPD4100/ADPD4101处理和测量光电流,并产生数字PPG信号。针对不同的PPG测量情况,无需对硬件连接进行任何更改便可灵活地将该AFE配置为四种工作模式之一:连续连接模式、多次积分模式、浮空模式和数字积分模式。 图1.典型PPG电路 连续连接模式 连续连接模式是PPG测量的典型模式。它提供最佳的环境光抑制性能和高SNR。该模式在低至5 nA/mA至10 nA/mA的电荷传输比(CTR,光电流与LED电流之比)下能够很好地工作,并提供95 dB至100 dB的DC SNR。这些性能水平可以通过增加抽取系数来提高。该模式使用完整的模拟信号路径,即TIA + BPF + INT + ADC。每次ADC转换时,传入的电荷积分一次。在单个激励事件(如PPG)中,当对来自传感器响应的电荷进行积分时,积分器的大部分动态范围会被使用。在预调理周期之后,TIA连续连接到输入,故输入信号未被调制。为了降低噪声,光电二极管的阳极被预调理到TIA的基准电压(TIA_VREF)。通常将TIA_VREF设置为1.27 V,以获得TIA的最大动态范围。光电二极管的阴极连接到阴极电压源(VCx)引脚,通常将该器件设置为向光电二极管阴极提供TIA_VREF + 215 mV的电压,以在光电二极管上产生215 mV的反向偏置。这会减少信号路径噪声和光电二极管电容。在这种模式下,典型LED脉冲宽度为2μs。短LED脉冲可提供最佳环境光抑制性能。使用多个LED脉冲时,脉冲数每增加一倍,SNR便提高3 dB。由于斩波能消除积分器的低频噪声成分,因此通常使能积分器斩波以获得最高SNR。选择的TIA增益越高,折合到输入端的噪声越低,但TIA的动态范围会减小。TIA的动态范围计算如下:动态范围 = (TIA_VREF)/(TIA增益)。为了提高ADC饱和电平,可以减小TIA增益,或者增加积分器电阻。选择较高的积分器电阻可降低噪声,但选择较低的积分器电阻会增加环境光裕量。 多次积分模式 多次积分模式与连续连接模式大致相同,不同之处在于,每次ADC转换要对传入的电荷积分多次。此模式可用在弱光情况下获得高SNR,因为对于每个激励事件,它只使用少量(有时小于50%)动态范围。由于在ADC转换之前进行多次积分,因此它可以利用更大的积分器动态范围。每次ADC转换的积分次数增加一倍,SNR就会提高3 dB,这与脉冲数加倍的效果一样。此模式通常用于小输入,因此可选择最高TIA增益。此模式用在CTR低于5 nA/mA且需要良好环境光抑制的情况下。 浮空模式 浮空模式也用于弱光条件下以获得高SNR。浮空模式支持在光电二极管上进行无噪声电荷累积。光电二极管与AFE断开连接(故称之为“浮空”),以无噪声方式积累光致电荷。然后,AFE连回光电二极管,光电二极管上的电荷涌入AFE,积分以一种允许每个脉冲处理最大量电荷的方式进行,而信号路径增加的噪声量极小。由于是短调制脉冲,电荷转存会快速发生。因此,信号路径引起的噪声增加较小。另外,可以增加浮空时间以获得更高的信号电平,但光电二极管电容可以积累的电荷量是有限的。在这种模式下,带通滤波器(BPF)被旁路,因为当通过调制TIA连接来转移光电二极管中的电荷时,所产生信号的形状可能会因器件和条件而异。为了可靠地将信号与积分序列对齐,必须旁路BPF。此模式不能提供良好的环境光抑制性能,并且受光电二极管电容限制,但在非常低的光照条件下,它能提供高功耗效率且噪声较小的测量。 弱光条件下的浮空模式与多次积分模式选择 在CTR < 5 nA/mA的弱光条件下,典型工作模式是浮空模式。与多次积分模式相比,浮空模式下噪声更低,因为多次积分模式需要更多积分周期,导致TIA和积分器的噪声贡献更大。由于BPF关断且测量时间更短,浮空模式的功耗效率也比多次积分模式要高。因此,浮空模式下每瓦SNR效率明显更高。 在PPG测量中,当光电二极管有泄漏或存在大量环境光时,首选多次积分模式。泄漏严重的光电二极管不能用于浮空模式,因为在快速电荷转移发生之前,电荷会泄漏,而不是累积起来。如果环境光很强,浮空模式是不宜的,因为环境光将主导光电二极管上可存储的电荷量。由于使用BPF和短LED脉冲,多次积分固有地提供出色的环境光抑制性能。 数字积分模式 上面提到的所有模式都使用积分器来对传入的电荷进行积分。通过数字积分模式也可以对ADC样本进行数字积分。为了实现数字积分,积分器被转变为缓冲器。数字积分模式在两个区域中工作。在亮区,LED发送脉冲,而在暗区,LED熄灭。ADC样本以1 µs的间隔在亮区和暗区采集,并进行数字积分。从亮样本中减去暗样本的积分来计算信号。此模式可以支持较长的LED脉冲。因此,这是光电二极管响应时间较慢且需要较长脉冲的应用的典型工作模式。BPF被旁路并关断。数字积分模式可提供最佳的功率效率,并且可实现最高的SNR水平。然而,由于使用较长LED脉冲且旁路BPF,其环境光抑制性能不如连续连接模式。数字积分模式不支持在同一时隙中对两个通道同时采样。数字积分模式支持100+ dB DC SNR。 数字积分模式的优劣 如前所述,针对PPG测量的典型工作模式是连续连接模式,因为它在CTR大于5 nA/mA的条件下可提供高SNR和出色的环境光抑制性能。但是,数字积分模式可实现最高SNR水平,并提供最优的每瓦SNR效率。因此,如果环境光对应用而言不是问题,并且目标DC SNR高于85 dB,那么可以选择数字积分模式来有效地实现高SNR。如果目标DC SNR低于85 dB,则与连续连接模式相比,数字积分模式所节省的功率并不明显。 总而言之,如果光电二极管由于响应时间较慢而需要较长脉冲,或者不需要在一个时隙内同时对两个通道采样,那么可以选择数字积分模式。 此外,如果环境光不是问题,并且目标DC SNR高于85 dB,那么选择数字积分模式将能实现高功耗效率。 PPG应用 鉴于COVID-19大流行,PPG应用在生命体征监测和健康诊断中变得更加重要。此外,多指标对于检测至关重要。例如,一些重要的生命体征测量包括心率监测(HRM)、HRV和血氧饱和度(SpO2,可通过脉搏血氧仪和血压进行测量)。 光学和无创SpO2监测(也称为脉搏血氧测定)在COVID-19患者的缺氧检测中已变得非常有价值。缺氧指身体组织缺乏氧供应,是COVID-19的主要症状之一。缺氧也可能引起心律加快。因此,光学和无创心率监测对于检测也很关键。 对于将来的可穿戴设备,多种测量功能的集成是最佳的(虽然不一定有必要),ADPD4100/ADPD4101对此极为有利。该AFE可测量任何类型的传感器输入(包括温度、ECG和呼吸测量)。因此,仅使用一个传感器AFE就能建立完整的多参数VSM平台。 脉搏血氧测定—SpO2测量 脉搏血氧测定使用红光(通常为660 nm波长)和红外(IR) LED(通常为940 nm波长)。脱氧血红蛋白主要吸收660 nm波长的光,而氧合血红蛋白主要吸收940 nm波长的光。光电二极管感知未被吸收的光,然后将感知到的信号分为直流分量和交流分量。直流分量代表组织、静脉血和非搏动性动脉血引起的光吸收。交流分量代表搏动性动脉血。然后按照下式计算SpO2的百分比: 可将ADPD4100/ADPD4101的任意两个时隙配置为测量对红光和IR LED的响应,从而测量SpO2。其余时隙可以配置为测量来自不同波长LED的PPG,并且还可以支持ECG测量、导联脱落检测、呼吸测量及其他传感器测量。 表1.ADPD4100/ADPD4101多种工作模式和设置 作为例子,图2显示了同步的红光、绿光和IR PPG信号,以及IR信号的交流和直流部分。 图2.红光、绿光和IR PPG,标有IR PPG信号的交流和直流部分 心率监测 心率监测对于检测COVID-19同样至关重要。由于缺氧导致氧气供应下降,心脏开始加快跳动,以为组织提供足够的氧气。心率监测在检测心脏问题或跟踪健身行为方面也很有价值。 心率监测一般首选波长约为540 nm的绿光LED。它的调制指数高于红光或IR LED,因而能产生最佳PPG信号。它还提供不错的CTR水平,因此功耗不会太高。 AC SNR是一个关系信号质量的参数,可以通过DC SNR乘以调制指数来计算。例如,调制指数为1%时,95 dB DC SNR相当于55 dB AC SNR。 ECG测量 ECG测量已纳入可穿戴设备中,例如用于抽检的手表和用于连续监测的胸贴。此类设备通常使用由金属和其他导电材料制成的电极,这些电极属于极化电极,被称为干电极。使用干电极进行ECG测量的主要挑战是电极-皮肤接触阻抗很高且过电势相对较高。 基于常规仪表放大器的ECG解决方案使用缓冲器来减轻与信号衰减相关的高电极-皮肤接触阻抗影响。右腿驱动(RLD)技术需要第三电极并将基准电压驱动回人体,在测量电压的ECG系统中,该技术的作用是抑制人体、电极和电缆所暴露所致的共模电压。 当应用于ECG测量时,ADPD4100/ADPD4101采用一种新颖的方法,即使用无源电阻电容(RC)电路来跟踪一对电极上的差分电压。无源RC电路可以简单到只有三个元件,即两个电阻RS和一个电容CS,如图3a所示。对ECG数据的每次采样过程分为两步。 在充电步骤中,两个输入引脚(IN7和IN8)浮空。如果充电时间>3τ,则电容CS上的电荷与两个电极上的差分电压成正比,其中τ为RS和CS定义的时间常数,τ=2RSCS。在电荷转移步骤中,电容连接到TIA,电荷转移到AFE进行测量。这种基于电荷测量的ECG解决方案具有多个优势,包括:无需缓冲器和RLD的第三电极,系统尺寸因外部元件减少而缩小,以及节省功耗。 图3.ECG测量配置。(a) RC采样电路和导联脱落检测电路。(b) 每个ECG数据样本的充电和电荷转移过程说明。 借助ADPD4100/ADPD4101的设计灵活性,使用基于生物阻抗的方法可以方便地将导联脱落检测添加到该ECG解决方案中。图3a显示了导联脱落检测电路,它将脉冲驱动到一个电极,并在另一电极接收电流。如果一个或两个电极从皮肤上脱落,则路径断开,接收不到电流。图4显示了ECG迹线和导联脱落检测的接收电流,其中ECG在时隙A中测量,导联脱落检测在时隙B中进行。 常规ECG解决方案中的导联脱落检测使用上拉电阻电路,会影响ECG电路的输入阻抗;相比之下,这种基于生物阻抗的在单独时隙中进行的导联脱落检测不会对ECG测量产生影响。利用此直流耦合电路,一旦电极与皮肤的接触重新建立,便会捕获到ECG信号。 图4.ECG测量和导联脱落检测。通过直流耦合即时恢复ECG。 基于阻抗的呼吸测量 使用ADPD4100/ADPD4101进行呼吸测量时,检测的是吸气和呼气周期中肺的生物阻抗变化。在重症监护病房(ICU)中,以及在睡眠期间,对患者进行呼吸测量有利于患者管理,而且能及时报警以挽救生命。这对有呼吸系统疾病和睡眠呼吸中止症的患者至关重要。仅仅睡眠呼吸中止症就是一个严重的公共健康和安全威胁,在美国有超过2500万成年人罹患此症。1 当患者呼吸时,肺的容积会膨胀和收缩,导致胸部阻抗发生变化。通过将电流注入胸部路径并测量压降,可以测量该阻抗变化。图5a显示了一个参考设计,采用两个电极进行ECG测量和呼吸监测。图5b显示了同步记录的ECG、呼吸相关阻抗波和PPG。ECG和呼吸利用左右手腕上的不锈钢干电极测量,PPG利用绿光LED测量。 图5.ECG和呼吸测量。(a) 采用开尔文检测方法进行睡眠浮空ECG和呼吸测量的外部电路。(b) ECG、呼吸和PPG同步测量示例。 总结 生命体征监测以智能可穿戴设备的形式扩大了其在消费市场中的存在。可穿戴设备产生的健康信息对健康和疾病管理可以发挥重要作用。为了满足需求并使这些设备可供更广泛的人群使用,设计人员必须考虑成本、尺寸和功耗等常见需求。ADI公司的这款突破性AFE ADPD4100/ADPD4101展示了其作为多参数生命体征监测中枢的巨大优势。单个AFE设计可减少多参数VSM系统的IC数量,从而大大缩减成本和尺寸。此外,采用ADPD4100/ADPD4101设计的多参数系统可以生成同步数据,消除了数据同步的负担。 参考文献 1“美国睡眠呼吸中止症飙升威胁公共卫生”。美国睡眠医学学会(AASM)。2014年9月。

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  • 贸泽电子备货ams AS7038xB和AS7030B生命体征传感器

    贸泽电子备货ams AS7038xB和AS7030B生命体征传感器

    2021年3月18日 – 专注于引入新品的全球电子元器件授权分销商贸泽电子 (Mouser Electronics) 即日起备货ams的AS7038xB生命体征传感器和AS7030B生命体征模块。这些小型传感器适用于多种新型医疗可穿戴设备和远程诊断设备,例如用于测量血氧饱和度 (SpO2) 和心电图 (ECG) 的一次性贴片。 贸泽电子分销的ams AS7038RB和AS7038GB传感器以及AS7030B传感器模块基于两种常见的心率监测 (HRM) 和心率变异性 (HRV) 测量方法:光电容积脉搏波描记法 (PPG) 和心电图 (ECG),通过对受到血管影响的光进行采样来测量脉搏率。AS7038RB传感器是一款超薄型SpO2测量专用传感器,其大小仅有3.70mm × 3.10mm × 0.65mm,集小尺寸、集成功能和高性能信号链于一身,使设计人员能够将重要的监测功能集成到耳塞、智能手表和腕带等小型消费产品中,以及如贴片和血氧仪等医疗设备中。该传感器采用ams开发的在片干涉滤光技术,能够捕捉590nm-710nm波长和近红外 (800nm-1050nm) 波长的光信号,用于测量SpO2,同时防止其他波长的环境光导致干扰。 AS7038GB传感器的峰值灵敏度波长为525nm(绿色),适用于心率监测 (HRM) 和心率变异性 (HRV) 测量;AS7030B HRM/HRV传感器模块则在一个3.55mm × 6.2mm × 1mm封装中集成了两个535nm LED。

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  • Silicon Labs的Secure Vault物联网安全解决方案,率先获得全球PSA 3级认证

    Silicon Labs的Secure Vault物联网安全解决方案,率先获得全球PSA 3级认证

    中国,北京 - 2021年3月18日 - 致力于建立更智能、更互联世界的领先芯片、软件和解决方案供应商Silicon Labs(亦称“芯科科技”),正式成为全球率先获得高级别物联网(IoT)软硬件安全保护PSA认证的硅芯片创新者。由Arm联合创立的PSA认证是备受推崇的物联网软硬件及设备安全项目,其为Silicon Labs集成Secure Vault的EFR32MG21无线SoC授予了PSA 3级认证。 这项里程碑成就巩固了Silicon Labs在保护物联网免受不良行为者侵害方面的领先地位。Secure Vault符合PSA 3级认证所定义的严格的安全软件和物理不可克隆功能(PUF)硬件要求,从而大幅降低物联网生态系统安全漏洞所带来的风险,并减轻了知识产权方面的损害或者假冒产品造成的收入损失。具体来说,Secure Vault技术具备以下特性: · 对可扩展的本地和远程软件攻击进行防护; · 抵御本地硬件攻击,尽管在历史上硬件攻击比软件攻击更少,但由于价格低廉且易于访问的工具激增,这种攻击正在增加; · 通过独立的第三方实验室测试,可有效防止尝试使用精密的设备在特定时间内侵犯安全功能的行为。 Arm首席系统架构师兼研究员Andy Rose表示:“随着对物联网应用的攻击不断增加且变得越来越复杂,为设备提供芯片级保护显得至关重要。Silicon Labs是率先获得PSA 3级认证的硅芯片供应商,可以提供经过验证的PSA信任根,以及针对各种复杂软硬件攻击的强大防护解决方案。” Silicon Labs物联网高级副总裁Matt Johnson表示:“物联网的持续增长要依靠设备在加入生态系统时有值得信赖的真实性和安全性。PSA 3级认证为物联网设备制造商和最终用户提供了其所需的保证,使他们知道自己的物联网应用能有效保护用于身份验证的私密信息,并防止假冒或流氓设备进入其供应链,从而避免对品牌和收入造成不可挽回的损害。Silicon Labs致力于芯片、软件和解决方案的创新,以确保我们服务的物联网消费者、企业和行业得到安全可靠的发展。我们已经进行了战略投资,成为安全物联网无线解决方案的领先供应商,并成为全球率先获得PSA最高安全级别认证的芯片创新者,这是我们取得成功的有力证明。” 2020年推出的Secure Vault是屡获殊荣的先进功能套件,旨在帮助联网设备制造商应对不断升级、不断发展的物联网安全威胁和监管压力。Secure Vault包括了自己的安全内核以及ROM、RAM和Flash,其中包含核心加密算法和真随机数发生器(TRNG)功能,安全密钥管理与存储和物理篡改保护功能,以及在芯片制造时创建的、由Silicon Labs根证书链保护的安全身份。2020年,Secure Vault取得了PSA 2级认证,并荣获2020年LEAP连接类金奖。Secure Vault还因其强大的物联网安全保护功能而获得了ioXt联盟的SmartCert认证。2020年10月,ioXt联盟在其认证项目中选择PSA认证作为基础的信任根方案。 PSA认证项目是Arm在2017年联合创立的,旨在提供一个清晰的框架来保护联网设备的安全,从分析到安全评估和认证均有涵盖。该框架提供了标准化资源来解决日益增长的物联网需求碎片化问题,并消除了产品开发中的安全性障碍。PSA认证提供3个级别的安全保证,其中PSA 3级认证表明了对设备安全性的重大承诺。在PSA 3级认证标准下,芯片供应商需要满足复杂的保护配置要求,这涵盖了对一系列复杂的软件和物理性物联网攻击方式的强大防护功能。

    Silicon Labs 物联网 SoC PSA

  • µModule数据采集解决方案可减轻各种精密应用的工程设计挑战

    µModule数据采集解决方案可减轻各种精密应用的工程设计挑战

    数据采集系统级挑战 系统架构师和电路硬件设计人员针对最终应用(如测试和测量、工业自动化、医疗健康或航空航天和防务)需求,往往要耗费大量研发(R&D)资源来开发高性能、分立式精密线性信号链模块,以实现测量和保护、调节和采集或合成和驱动。本文将重点讨论精密数据采集子系统,如图1所示。 电子行业瞬息万变,随着对研发预算和上市时间(TTM)的控制日益严苛,用于构建模拟电路并制作原型来验证其功能的时间也越来越少。在散热性能和印刷电路板(PCB)密度受限的情况下,硬件设计人员需要通过尺寸不断缩小的复杂设计提供先进的精密数据转换性能和更高的鲁棒性。通过系统级封装(SiP)技术实现的异构集成,继续推动电子行业朝着更高密度、更多功能、更强性能和更长的平均无故障时间的趋势发展。本文将介绍ADI公司如何利用异质集成改变精密转换竞争环境,并提供对应用产生重大影响的解决方案。 图1.高级数据采集系统框图 系统设计人员面临诸多挑战,不仅需要为最终原型选择器件并优化设计,还要满足驱动ADC输入、保护ADC输入以使其免受过压事件影响、最大限度地降低系统功耗、用低功耗微控制器和/或数字隔离器实现更高的系统吞吐量等技术要求。随着OEM更多地关注系统软件和应用,以打造独特的系统解决方案,他们也将更多的资源分配给软件开发,而不是硬件开发。这样就增加了硬件开发的压力,需要进一步减少设计迭代。 开发数据采集信号链的系统设计人员通常需要高输入阻抗才能与各种传感器直接接口,这些传感器可能具有变共模电压和单极或双极单端或差分输入信号。我们通过图2全面分析一下使用分立式器件实现的典型信号链,从而了解系统设计人员的一些主要技术难点。图中所示为精密数据采集子系统的关键部分,其中20 V p-p仪表放大器输出施加于全差分放大器(FDA)的同相输入。此FDA提供必要的信号调理,包括电平转换、信号衰减,输出摆幅在0 V和5 V之间,输出共模电压为2.5 V,相位相反,从而为ADC输入提供10 V p-p差分信号,以最大限度地扩大其动态范围。仪表放大器采用±15 V的双电源供电,而FDA由+5 V/–1 V供电,ADC由5 V电源供电。用反馈电阻(RF1 = RF2)与增益电阻(RG1 = RG2)的比值,将FDA增益设置为0.5。FDA的噪声增益(NG)定义为: 其中β1和β2为反馈系数: 图2.典型数据采集信号链的简化原理图 本节将探讨FDA周围的电路不平衡(即β1 ≠ β2)或反馈和增益电阻(RG1、RG2、RF1、RF2)的不匹配对SNR、失真、线性度、增益误差、偏移和输入共模抑制比等关键技术参数有何影响。FDA的差分输出电压取决于VOCM,因此,当反馈系数β1和β2不相等时,输出幅度或相位的任何不平衡都会在输出端产生不良共模成分,这些共模成分以噪声增益放大后,会导致FDA的差分输出中存在冗余噪声和失调。因此,增益/反馈电阻的比值必须匹配。换言之,输入源阻抗和RG2 (RG1)的组合应匹配(即β1 = β2),以避免信号失真和各输出信号的共模电压失配,并防止FDA的共模噪声增加。要抵消差分失调并避免输出失真,可添加一个与增益电阻(RG1)串联的外部电阻。不仅如此,增益误差偏移还受电阻类型的影响,例如薄膜、低温度系数电阻等,而在成本和电路板空间受限的情况下寻找匹配的电阻并不容易。 此外,由于额外成本和PCB上的空间有限,很多设计人员在创建单数双极性电源时遇到不少麻烦。设计人员还需要仔细选择合适的无源器件,包括RC低通滤波器(放在ADC驱动器输出和ADC输入之间)以及用于逐次逼近寄存器(SAR) ADC动态参考节点的去耦电容。RC滤波器有助于限制ADC输入端噪声,并减少来自SAR ADC输入端容性DAC的反冲。应选择C0G或NP0型电容和合理的串联电阻值,使放大器保持稳定并限制其输出电流。最后,PCB布局对于保持信号完整性以及实现信号链的预期性能至关重要。 简化客户的设计进程 许多系统设计人员最终都是为相同的应用设计不同的信号链架构。然而,并非所有设计都适用同一种信号链,因此ADI公司提供具有先进性能的完整信号链µModule®解决方案,专注于信号链、信号调理和数字化的通用部分,以此弥补标准分立器件和高度集成的客户特定IC之间的缺口,帮助解决主要难点。 ADAQ4003是SiP解决方案,较好地兼顾了降低研发成本和缩减尺寸两方面因素,同时加快了原型制作。 ADAQ4003 µModule精密数据采集解决方案采用ADI的先进SiP技术,将多个通用信号处理和调理模块以及关键无源器件集成到单个设备中(见图5)。ADAQ4003包括低噪声、FDA、稳定的基准电压源缓冲器和高分辨率18位、2 MSPS SAR ADC。 ADAQ4003通过将元件选择、优化和布局从设计人员转移到器件本身,简化了信号链设计,缩短了精密测量系统的开发周期,并解决了上一节讨论的所有主要问题。FDA周围的精密电阻阵列使用ADI专有的iPassives®技术构建,可解决电路不平衡问题,减少寄生效应,有助于实现高达0.005%的出色增益匹配,并优化漂移性能(1 ppm/°C)。与分立式无源器件相比,iPassives技术还具有尺寸优势,从而最大限度地减少了与温度相关的误差源,并减少了系统级校准工作。FDA提供快速建立和宽共模输入范围以及精确的可配置增益选项(0.45、0.52、0.9、1或1.9)性能,允许进行增益或衰减调节,支持全差分或单端到差分输入。 ADAQ4003在ADC驱动器和ADC之间配置了一个单极点RC滤波器,旨在最大限度地减少建立时间,增加输入信号带宽。此外为基准电压节点和电源提供了所有必要的去耦电容,以简化物料清单(BOM)。ADAQ4003还内置一个配置为单位增益的基准电压缓冲器,用于驱动SAR ADC基准电压节点和相应去耦电容的动态输入阻抗,实现优化性能。REF引脚上的10 µF是在位判断过程中帮助补充内部电容DAC电荷的关键要求,对于实现峰值转换性能至关重要。与许多传统SAR ADC信号链相比,通过内置基准电压缓冲器,由于基准电压源驱动高阻抗节点,而不是SAR电容阵列的动态负载,因此用户可以实现功耗更低的基准电压源。而且可以灵活选择与所需模拟输入范围匹配的基准电压缓冲器输入电压。 小尺寸简化了PCB布局并支持高通道密度 与传统分立式信号链相比(如图3所示),ADAQ4003的7 mm × 7 mm BGA封装尺寸至少缩减了4倍,可在不牺牲性能的情况下实现小型仪器仪表。 图3.ADAQ4003 µModule器件与分立信号链解决方案的尺寸对比 印刷电路板布局对于保持信号完整性以及实现信号链的预期性能至关重要。ADAQ4003的模拟信号位于左侧,数字信号位于右侧,这种引脚排列可以简化布局。换言之,这样设计人员就能够将敏感的模拟部分和数字部分保持分离,并限制在电路板的一定区域内,避免数字和模拟信号交叉以减轻辐射噪声。ADAQ4003集成了用于基准电压源(REF)和电源(VS+、VS−、VDD和VIO)引脚的所有必要的(低等效串联电阻(ESR)和低等效串联电感(ESL))去耦陶瓷电容。这些电容在高频时会提供低阻抗接地路径,以便处理瞬态电流。 无需外部去耦电容,没有这些电容,也就不会产生已知的性能影响或任何EMI问题。通过移除用于形成板载供电轨(REF、VS+、VS−、VDD和VIO)的基准电压源和LDO稳压器输出端的外部去耦电容,在ADAQ4003评估板上可以验证这一性能影响。图4显示了不论使用还是移除外部去耦电容,杂散噪声都被隐藏在低于−120 dB的本底噪声下。ADAQ4003采用小尺寸设计,可实现高通道密度PCB布局,同时减轻了散热挑战。但是,各器件的布局和PCB上各种信号的路由至关重要。输入和输出信号采用对称路由,同时电源电路远离单独电源层上的模拟信号路径,并采用尽可能宽的走线,对于提供低阻抗路径、减小电源线路上的毛刺噪声影响以及避免EMI问题尤其重要。 图4.提供短路输入ADAQ4003 FFT,在移除各个供电轨的外部去耦电容前后性能保持不变 使用高阻抗PGIA驱动ADAQ4003 如前所述,通常需要高输入阻抗前端才能直接与各种类型的传感器连接。大多数仪器仪表和可编程增益仪表放大器(PGIA)具有单端输出,无法直接驱动全差分数据采集信号链。但是,LTC6373 PGIA提供全差分输出、低噪声、低失真和高带宽,可直接驱动ADAQ4003而不影响精密性能,因此适合许多信号链应用。 LTC6373通过可编程增益设置(使用A2、A1和A0引脚)在输入端和输出端实现直流耦合。 在图5中,LTC6373采用差分输入至差分输出配置和±15 V双电源。根据需要,LTC6373也可采用单端输入至差分输出配置。LTC6373直接驱动ADAQ4003,其增益设置为0.454。LTC6373的VOCM引脚接地,其输出摆幅在−5.5 V和+5.5 V之间(相位相反)。ADAQ4003的FDA对LTC6373的输出进行电平转换以匹配ADAQ4003所需的输入共模,并提供利用ADAQ4003 μModule器件内ADC最大2倍VREF峰值差分信号范围所需的信号幅度。图6和图7显示使用LTC6373的各种增益设置的SNR和THD性能,而图8显示图5所示电路配置的±0.65 LSB/±0.25 LSB的INL/DNL性能。 图5.LTC6373驱动ADAQ4003(增益 = 0.454,2 MSPS) 图6.SNR与LTC6373增益设置,LTC6373驱动ADAQ4003(增益 = 0.454,2 MSPS) 图7.THD与LTC6373增益设置,LTC6373驱动ADAQ4003(增益 = 0.454,2 MSPS) 图8.INL/DNL性能,LTC6373(增益 = 1)驱动ADAQ4003(增益 = 0.454) ADAQ4003 µModule应用案例:ATE 本节将重点介绍ADAQ4003如何适用于ATE的源表(SMU)和设备电源。这些模块化仪器仪表用于测试快速增长的智能手机、5G、汽车和物联网市场的各种芯片类型。这些精密仪器仪表具有拉电流/灌电流功能,每个处理程控电压电流调节的通道都需要一个控制环路,并且它们需要高精度(特别是良好的线性度)、速度、宽动态范围(用于测量µA/µV信号电平)、单调性和小尺寸,以容纳同时增加的通道数。ADAQ4003提供出色的精密性能,可减少终端系统的器件数量,并允许在电路板空间受限的情况下提高通道密度,同时减轻了此类直流测量可扩展测试仪器仪表的校准工作和散热挑战。ADAQ4003的高精度与快速采样速率相结合,可降低噪声,并且无延迟,因此非常适合控制环路应用,可提供出色的阶跃响应和快速建立时间,从而提高测试效率。ADAQ4003通过消除因自身漂移和电路板空间限制而需要在仪器仪表上分配基准电压的缓冲区,帮助减轻了设计负担。此外,漂移性能和元件老化决定测试仪器仪表的精度,因此ADAQ4003的确定性漂移降低了重新校准的成本,缩短了仪器仪表的停机时间。ADAQ4003满足这些要求,使仪器仪表能够测量较低的电压和电流范围,有助于针对各种负载条件优化控制环路,从而明显改善仪器仪表的工作特性、测试效率、吞吐量和成本。这些仪器仪表的高测试吞吐量和较短的测试时间将帮助最终用户降低测试成本。SMU高级框图如图9所示,相应的信号链如图5所示。 图9.源表简化框图 高吞吐速率支持ADAQ4003的过采样,从而实现较低的有效值噪声并可在宽带宽范围内检测到小振幅信号。对ADAQ4003进行4倍过采样可额外提供1位分辨率(这是因为ADAQ4003提供了足够的线性度,如图8所示),或增加6 dB的动态范围,换言之,由于此过采样而实现的动态范围改进定义为:ΔDR = 10 × log10 (OSR),单位dB。ADAQ4003的典型动态范围在2 MSPS时为100 dB,对于5 V基准电压源,其输入对地短路。因此,ADAQ4003在1.953 kSPS输出数据速率下进行1024倍过采样时,它提供约130 dB的出色动态范围,增益为0.454和0.9,可以精确地检测出幅度极小的µV信号。图10显示了ADAQ4003在各种过采样速率和1 kHz及10 kHz输入频率下的动态范围和SNR。 图10.ADAQ4003各种输入频率下的动态范围以及SNR与过采样速率(OSR) 图11.使用信号链µModule技术降低总拥有成本 结论 本文介绍了与设计精密数据采集系统相关的一些重要方面和技术挑战,以及ADI公司如何利用其线性和转换器领域知识开发高度差异化的ADAQ4003信号链µModule解决方案,来解决一些棘手的工程设计问题。ADAQ4003能够减轻工程设计工作,如器件选择和构建可投入量产的原型,使系统设计人员能够更快地为最终客户提供出色的系统解决方案。ADAQ4003 µModule器件出色的精度性能和小尺寸对各种精密数据转换应用颇具实用价值,具体应用包括自动化测试设备(SMU、DPS)、电子测试和测量(阻抗测量)、医疗健康(生命体征监测、诊断、成像)和航空航天(航空)等,以及一些工业用途(机器自动化输入/输出模块)。ADAQ4003等μModule解决方案可显著降低系统设计人员的总拥有成本(如图11所示的各项),降低PCB组装成本,通过提高批次产量增强生产支持,支持可扩展/模块化平台的设计重用,还简化了最终应用的校准工作,同时加快了上市时间。

    ADI 数据采集 Module ADAQ4003

  • ROHM开发出1608尺寸超小型高亮度白色贴片LED“CSL1104WB”

    ROHM开发出1608尺寸超小型高亮度白色贴片LED“CSL1104WB”

    全球知名半导体制造商ROHM(总部位于日本京都市)面向电池驱动的物联网设备和无人机等需要高亮度白光的各种应用,开发出一款超小型高亮度白色贴片LED“CSL1104WB”。 近年来,在以消费电子产品和汽车电子设备为主的各种应用领域中,为了提高视认性,2.0cd高发光强度的白色LED的应用越来越广泛。而随着电池驱动的物联网设备和无人机等需要在狭小空间中安装很多LED的应用的出现,对高密度安装的需求与日俱增,但是同时兼顾高亮度和小型化非常难。 ROHM拥有面向各种应用开发小型LED的傲人业绩,其中包括消费电子设备用的业界超小级别1006尺寸PicoLED™和汽车电子设备用的1608尺寸高可靠性ExceLED™。 “CSL1104WB”是一款以超小型1608尺寸(1.6mm × 0.8mm = 1.28mm2)实现了以往很难实现的2.0cd高发光强度的白色LED。以1608尺寸实现了与当前主流的普通产品3528尺寸(3.5mm × 2.8mm = 9.8mm2)同等的发光强度,使安装面积减少了87%。同时,白色LED的课题——颜色偏差问题已经得到改善,准确的白色表现可以使调色工作得到简化。对于应用产品来说,这些优势不仅有助于节省空间,而且还可以通过高密度安装高亮度LED来提高设计灵活性和视认性,并有助于减少开发工时。另外,还计划支持光电半导体在汽车应用领域中的可靠性标准“AEC-Q102”,以便在工作环境恶劣的汽车和工业设备中也可以放心地采用本产品。 新产品已于2020年12月开始出售样品(样品价格100日元/个,不含税),预计将于2021年3月开始暂以月产100万个的规模投入量产。 未来,罗姆将会扩充1608尺寸白色贴片LED从低亮度到高亮度的产品阵容,从而为降低应用产品的高度、简化设计、以及大幅度提高设计灵活性并缩减开发工时贡献力量。 <新产品特点> 1.以超小尺寸实现2.0cd的高发光强度,有助于提高设计灵活性 新产品“CSL1104WB”是一款反射器型白色LED,通过采用高发光强度芯片并利用ROHM自有的小型封装技术优势,以1608超小尺寸(1.6mm × 0.8mm = 1.28mm2)实现了2.0cd高发光强度。仅以1608尺寸便实现了与普通的3528尺寸(也称为“PLCC*1”,3.5mm × 2.8mm = 9.8mm2)同等的发光强度,使安装面积减少了87%。小型化不仅有助于节省应用产品的空间,而且通过高密度安装高亮度LED,还有助于提高设计灵活性和视认性(例如在面板显示中实现完整的遮光效果)。 另外,还计划支持光电半导体在汽车应用领域中的可靠性标准“AEC-Q102”,以便在工作环境恶劣的汽车和工业设备中也可以放心地采用本产品。 未来,罗姆将会扩充1608尺寸白色贴片LED从低亮度到高亮度的产品阵容,从而为降低应用产品的高度、简化设计、以及大幅度提高设计灵活性并缩减开发工时贡献力量。 2.精细而准确的白色表现,可简化调色工作 新产品改善了白色LED颜色偏差的问题,可呈现精细而准确的白色表现。通过实现色度的均匀性,可以简化调色工作,因此,诸如可以忠实地再现品牌颜色等,非常有助于减少应用产品的开发工时。 <术语解说> *1) PLCC: Plastic Leaded Chip Carrier的缩写,一种用于电子元器件的半导体集成电路封装形式。 ・PicoLED™和ExceLED™是ROHM Co.,Ltd.的商标或注册商标。

    罗姆 LED ROHM CSL1104WB

  • 贸泽电子库存全套Sensirion 环境传感器

    贸泽电子库存全套Sensirion 环境传感器

    2021年3月16日 – 专注于引入新品并提供海量库存的电子元器件分销商贸泽电子 (Mouser Electronics) 即日起开售Sensirion品类丰富的环境传感器。Sensirion是业界知名的传感器供应商,主打医疗和汽车市场。在过去二十年间,Sensirion已经成长为世界领先的流量和环境传感器设计商和制造商之一。这些高性能产品对于当今家庭和工厂特别看重的应用来说至关重要,包括空气净化、室内空气质量监测和二氧化碳检测等应用。 贸泽供应的Sensirion SGP40室内空气质量传感器是一种集成在单个芯片上的CMOSens传感器系统,可提供经过湿度补偿的室内空气质量信号。该传感器在响应时间和灵敏度方面具有长期稳定性,能为厨房油烟机、恒温器和按需控制的通风等应用提供可靠的解决方案。SPS30颗粒物传感器为光学传感器,结合了激光散射技术和Sensirion的抗污染技术。SPS30传感器的使用寿命超过8年,可针对暖通空调设备、空调和物联网 (IoT) 设备进行精确测量。 Sensirion的STC31 是一种芯片大小的气体浓度传感器,可提供精确、高量程的二氧化碳测量,适用于大批量生产。STC31传感器基于热导测量原理,具有出色的可重复性和长期稳定性。贸泽已开放订购的SFA30甲醛传感器模块采用Sensirion的电化学技术,提供优异的甲醛感测性能,对其他挥发性有机化合物的交叉敏感度低。SFA30传感器模块的设计使其能轻松集成到空气净化器、室内空气质量监测器和按需控制的通风系统中。

    贸泽电子 环境传感器 贸泽电子 Sensirion

  • 高通为个人电脑推出骁龙7c芯片方案:骁龙笔记本开启商用化之路!

    高通为个人电脑推出骁龙7c芯片方案:骁龙笔记本开启商用化之路!

    美国的高通公司在移动互联网时代是非常有名,旗下骁龙系列处理器在智能手机SoC中称王,相比苹果A系列、华为麒麟和三星猎户座都过之而无不及。但高通在个人PC电脑上就没什么拿的出手的产品了,毕竟手机ARM和电脑芯片差别还是蛮大的,当年英特尔因此在手机芯片上栽了跟头。 高通的使命是使个人电脑现代化。计划是什么?首先将5 G PC引入全世界。在早期的网络测试中,5 G承诺最大速度为1.4 Gbps,理论极限为7 Gbps。互联网连接速度的提高会改变我们使用电脑的方式。 要想与这些新兴的5G网络连接,高通拥有两种秘密武器:一种是新的 SnapdragonX55,另一种是 Snapdragon 8 cxPC处理器。但在世界移动大会上,我们独家了解到这两家公司如何合作开发首款支持5 G的 PC平台。 高通已经有一段时间没有推出PC芯片组的重大更新了。最新的是去年9月份的骁龙8cx Gen 2 5G,这几乎不能算是一个新的产品,因为它与两年前的骁龙8cx相比变化太小了。在2019年,高通针对低耗能设备推出了骁龙7c和8c。 而根据WinFuture的最新报道,高通正准备更新骁龙7c。可能会被称为骁龙7c Gen 2的内部名称是SC7295,根据报告,它与将在手机中出现的SM7350(可能是骁龙775)类似。 不过,骁龙7c一直是高通相对比较成功的芯片组之一。随着骁龙835、850和8cx的推出,每一代都有少量的第三方厂商研发的设备搭载它出现,主要面向Chromebook教育市场,为学生提供4G LTE连接和长电池续航能力,并为学校提供低价位的设备。而到目前为止,我们几乎没有看到任何采用骁龙8c的产品。 除速度加快外,高通希望我们使用 PC的方式能有所改变。一个明显的例子就是,更快的因特网速度可以转变成更快的云连接。 Nunes说:“当你看着云计算,把文件存储在云中时,5 G会经历所有这些,因为你会有更少的延迟和更高的带宽。”你的云存储将开始执行更多像本地存储那样的操作。 去年12月推出的芯片,是高通公司首个真正意义上的 PC专用处理器平台。换言之,它实际上是在和英特尔的移动芯片竞争。其设计用于在 ARM驱动的设备上运行 Windows 10的完整操作系统。此外,这些始终连接在8 cx处理器上的 PC,在与X55调制解调器结合使用时,可以享受更快的因特网速度。 在骁龙850之前,ARM的Windows 10笔记本都是采用的骁龙835处理器,相对835,850的性能提高了30%,续航能力提高了20%(可达25小时),4G LTE网络速度提高了20%。高通表示当他们在做消费者调查的时候,60%的用户认为自己需要更快的网络连接,83%的用户希望能过拥有20个小时以上的续航,这是他们打造骁龙850的初衷。 但是这并不代表骁龙850就不够快了,根据瘾科技等外媒的测试,搭载骁龙850的Windows笔记本在PhotoShop等大型应用的运行速度上有明显改善。同时体验机上还搭载了一款《Vendetta》的64位游戏,2K屏幕下,游戏的流畅性令人满意。在今年的微软开发者大会上,他们宣布将会针对ARM架构的电脑推出64位应用支持。 最后高通表示,搭载骁龙850处理器的Windows 10设备将会在2018年圣诞假期开始发货。相对于传统的X86架构Windows笔记本,ARM架构的产品拥有更好的续航、更轻薄的机身和更小的发热,但是性能相对会差一些,你会如何选择呢? 经过各方努力,骁龙笔记本开启了商用化之路,而且也进入了中国市场。高通拿到了5G的一张门票,目前PC领域刚刚起步,但在未来的物联网和车在芯片等等领域,2天后,如果能收购恩智浦,高通就能超越英特尔成为全球第一的半导体厂商了,芯片领域则再无对手了。具体到 高通,凭借在手机芯片领域的深耕,其在千兆级 LTE 连接、多媒体支持、机器学习和硬件安全等技术研发上已经具备较强的实力。新一代的便携笔记本同样主打轻薄机身、无风扇设计以及长续航能力,而这些正是骁龙芯片的擅长项。 所以,对于想要尝鲜骁龙笔记本的用户而言,首先就要放弃对电脑性能的“过分”追求,而这谈何容易。或许在一些人眼中,搭载手机芯片(或者同款/系列)的设备就只能被归为“手机”,不管“屏幕有多大”;而采用了桌面芯片的设备,不管“屏幕有多小”,都可以被称作“电脑”。 所以,一台长着笔记本电脑模样,内置的却是手机同款/系列芯片的设备,你能接受吗?

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  • 贸泽电子开售Analog Devices ADuM7704 Sigma-Delta调制器

    贸泽电子开售Analog Devices ADuM7704 Sigma-Delta调制器

    2021年3月15日 – 专注于引入新品并提供海量库存的电子元器件分销商贸泽电子 (Mouser Electronics) 即日起备货Analog Devices, Inc.的ADuM7704 Sigma-Delta调制器。这款高性能的二阶调制器能将模拟输入信号转换为高速、单比特的数据流,并且芯片内置了采用Analog Devices iCoupler®技术的数字隔离功能。 贸泽电子分销的Analog Devices ADuM7704调制器可在4.5V至20V的电源电压范围内运行,并且可接受±50mV(满刻度为±64mV)的伪差分输入信号。这种伪差分输入非常适合在需要电气隔离的高压应用中用于进行分流电压监控。 ADuM7704的模拟输入由高性能模拟调制器持续进行采样,再转换成单比特的数字输出流,数据传输速率可达21MHz。如果采用合适的sinc3数字滤波器,ADuM7704调制器可在78.1kSPS下实现82dB的信噪比 (SNR)。高SNR可以让电流和电压测量更精确,从而提升电机驱动器的性能。 ADuM7704将高速互补金属氧化物半导体 (CMOS) 技术与单片变压器技术相结合,可实现片内隔离,从而提供优异的性能。其应用范围包括分流电流监控、AC电机控制、电源和太阳能逆变器、风力发电机逆变器,以及用于取代模数转换器和光隔离器。

    贸泽电子 调制器 贸泽电子 ADuM7704

  • 低EMI/EMC开关转换器简化ADAS设计

    低EMI/EMC开关转换器简化ADAS设计

    背景知识 ADAS是高级驾驶员辅助系统的英文缩写,它在当今许多新型汽车和卡车中很常见。此类系统通常有助于安全驾驶;当检测到周围物体(例如不遵守交通规则的行人、骑车人,甚至有其他车辆位于不安全的行驶轨迹上)构成风险时,系统可以向驾驶员提供警报!此外,这些系统通常提供自适应巡航控制、盲点检测、车道偏离警告、驾驶员困倦监控、自动制动、牵引控制和夜视等动态特性。因此,消费者对安全性日益增强的重视、对驾驶舒适性的要求以及政府安全法规的不断增加,是未来十年后半时期汽车ADAS的主要增长动力。 这种增长对行业来说并不是没有挑战,包括价格压力、通货膨胀、复杂性和系统测试的困难性。此外,欧洲汽车行业是最具创新性的汽车市场之一,这点不足为奇,ADAS的市场渗透率和客户接受度均有重大突破。不过,美国和日本汽车制造商也不甘落后。最终目标是实现无需人类在方向盘后面干预的自动驾驶! 系统难题 一般来说,ADAS集成了一些微处理器来收集车内众多传感器提供的所有输入,然后进行处理,以便可以将其方便易懂地呈现给驾驶员。此外,这些系统通常由车辆主电池直接供电,其标称电压为9 V至18 V,但由于系统内部的电压瞬变,电压可能高达42 V,而在冷启动期间,电压可能低至3.4 V。因此,这些系统中的任何DC-DC转换器都必须至少能够处理3.4 V至42 V的宽输入电压范围。另外,许多双电池系统(例如卡车中常见的双电池系统)需要更宽的输入范围,上限推高至65 V。因此,一些ADAS制造商将其系统设计为覆盖3.4 V至65 V的输入范围,使其可用于汽车或卡车中,同时在制造过程中获得规模经济的好处。 大部分ADAS使用5 V和3.3 V电源轨为其各种模拟和数字IC器件供电。相应地,此类系统的制造商更喜欢使用单个转换器来同时解决单电瓶和双电瓶配置。此外,该系统通常安装在车辆中空间和散热均受限制的部分中,这会给用于散热目的的散热器带来限制。虽然采用高压DC-DC转换器直接从电池产生5 V和3.3 V电源轨是司空见惯的,但在如今的ADAS中,开关稳压器也必须达到2 MHz或更高的开关频率,而非以前的500 kHz以下开关频率。这一变化背后的关键驱动力是需要更小尺寸的解决方案,同时也要保持在AM频段之上,以避开任何潜在的干扰。 另外,好像设计人员的任务还不够复杂一样,他们还必须确保ADAS符合车内各种抗噪标准。在汽车环境中,开关稳压器正在取代那些重视低发热和高效率的区域中的线性稳压器。而且,开关稳压器通常是输入电源总线上的第一个有源部件,因此对整个转换器电路的EMI性能有着重要影响。 EMI发射有两类:传导和辐射。传导发射位于连接到产品的电线和走线上。由于该噪声局限于设计中的特定端子或连接器,因此在开发过程中借助良好的布局或滤波器设计,通常可以相对容易地保证符合传导辐射要求。 不过,辐射发射完全是另一回事。电路板上任何承载电流的东西都会辐射电磁场。电路板上的每一条走线都是一根天线,每个铜层都是一个谐振器。除了纯正弦波或直流电压以外,任何其他东西都会在整个信号频谱上产生噪声。即使精心设计,在系统进行测试之前,电源设计人员也并不真正知道辐射发射会有多糟糕——而辐射发射测试只有在设计基本完成之后才能正式进行。 常常使用滤波器来衰减特定频率或一定频率范围的信号强度,从而降低EMI。通过空间传播(辐射)的这部分能量可通过添加金属和磁屏蔽来衰减。位于PCB走线(传导)的能量部分可通过添加铁氧体磁珠和其他滤波器来抑制。EMI无法消除,但可以衰减到其他通信和数字器件能够接受的水平。此外,多家监管机构通过实施相关标准来确保产品合规。 图1.提供5 V、8 A、2 MHz输出的LT8645S原理图 现代输入滤波器采用表面安装技术拥有比通孔器件更好的性能。但是,这种改善跟不上开关稳压器工作频率增加的步伐。更高的效率、较短的开/关时间和更快的开关跃迁,导致谐波含量更高。所有其他参数(如开关容量和转换时间)保持不变时,开关频率每增加一倍,EMI就会恶化6 dB。如果开关频率增加10倍,宽带EMI就会像辐射增加20 dB的一阶高通滤波器一样。 有经验的PCB设计人员会将热环路变小,并让屏蔽接地层尽可能靠近有源层。尽管如此,器件引脚排列、封装结构、散热设计要求以及在去耦元件中储存充足能量所需的封装尺寸,都要求某一最小尺寸的热环路。更复杂的是,在典型平面印刷电路板中,走线之间高于30 MHz的磁性或变压器式耦合会削弱所有滤波器的作用,因为谐波频率越高,不良磁耦合就越显著。 低EMI辐射的高电压DC-DC转换器 鉴于上文所述的应用限制,ADI公司Power by Linear™部门开发出LT8645S——一款支持高输入电压、单芯片、低EMI辐射的同步降压转换器。其输入电压范围为3.4 V至65 V,因而既适合汽车应用,也适合卡车应用,包括ADAS,后者必须胜任冷启动和启停场景下的调节,最低输入电压低至3.4 V,电源切断瞬变超过60 V。如图1所示,该器件采用单通道设计,提供5 V、8 A输出。开关频率为2 MHz时,其同步整流拓扑可实现高达94%的效率,而在空载待机条件下,突发工作模式(Burst Mode®)保持静态电流低于2.5 μA,因此非常适合始终开启的系统使用。 LT8645S的开关频率可以在200 kHz到2.2 MHz范围内进行编程,并且在整个频率范围内都支持同步。其独特的Silent Switcher® 2架构集成了内部输入电容以及内部BST和INTVCC电容,以缩小解决方案尺寸。结合严格受控的开关边沿和集成接地层的内部结构,并用铜柱代替键合线,LT8645S的设计大大降低了EMI辐射。此外,其Silent Switcher 2设计还能在任何印刷电路板(PCB,包括2层PCB)上提供鲁棒的EMI性能。而且,与其他类似转换器相比,它对PCB布局的敏感度要低得多。这是因为,LT8645S的内部双路输入、BST和INTVCC电容将热环路面积减至最小,使性能达到新的水平。它仍然需要两个外部输入电容,但不再严格要求把这些电容放在尽可能靠近输入引脚的位置。结合内部电容(其使热环路面积最小),BT衬底的集成接地层使EMI性能显著提高(见图2)。多层BT衬底还使I/O引脚能够使用与QFN封装完全相同的图案,同时支持实现大型接地焊盘。这种层压式QFN (LQFN)封装比标准QFN更柔韧且更灵活,其焊点可靠性在板级温度循环期间表现出好得多的性能,使得客户在以前只能使用含铅器件的情况下可以使用LQFN。 在整个负载范围内,LT8645S可以轻松符合汽车CISPR25、Class 5峰值EMI限制。还可以使用扩频频率调制进一步降低EMI水平(图2)。LT8645S内置高效率顶部和底部功率开关,并将必要的升压二极管、振荡器以及控制和逻辑电路集成到单个芯片中。低纹波突发工作模式可在低输出电流下保持高效率,同时使输出纹波低于10 mV p-p。最后,LT8645S采用小尺寸散热增强型4 mm×6 mm、32引脚LQFN封装。 图2.LT8640S辐射EMI性能图 结论 ADAS在汽车和卡车市场中的推广不会很快结束。同样清楚的是,找到合适的功率转换器件以满足所有必要的性能指标,从而不干扰ADAS,不是一项简单的任务。幸运的是,此类汽车系统的设计人员现在可以获得ADI公司Silent Switcher 2 DC-DC转换器提供的强大性能和能力。这些器件不仅大大简化了电源设计人员的工作,同时还提供其所需要的全部性能,而不要求复杂的布局或设计技术。

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  • 龙芯国产芯片获得大突破:12nm工艺,单核跑分30万

    龙芯国产芯片获得大突破:12nm工艺,单核跑分30万

    众所周知,目前的国产CPU有很多种,比如龙芯、兆芯、申威、飞腾、华为鲲鹏、海光等,而这些CPU分为三条路线。一种是采用IP内核授权的,比如兆芯、海光。一种是指令集授权的,比如飞腾、华为鲲鹏,还有一种是授权+自主研制指令集,就是指龙芯、申威了。 对于英特尔这家公司,相信大家都不陌生,它不仅是美国知名的科技巨头,还是全球计算机CPU行业中的绝对霸主。自从成立以来,英特尔便一直专注于桌面CPU研发工作,经过多年的努力后,终于在市场中站稳了脚跟,并一度形成了接近垄断的局面。 3月11日消息,据统信软件报道,龙芯中科副总裁张戈、高翔在最近的信创基础软硬件发展现状与未来趋势的小型座谈会上,公布了新款处理器龙芯3A5000和3C5000即将面世的消息。 2002年8月10日,第一颗龙芯科技调试成功启动,这标志着中国信息产业无芯的历史已经结束,随后国产自主研发的龙芯2、龙芯3号芯片也相继出世。 而在龙芯的背后,是一位女科学家在默默付出,她就是巾帼英雄——黄令仪,率领团队研发出了首款国产芯片,更是被称为“中国芯片之母”。 比起谷歌的安卓以及GMS,我们还是有很大差距的。所以接下来国产操作系统的发展还是需要不断的试错。 而在pc端操作系统之中,微软的windows一直处于垄断的地位。除此之外,在CPU之上我们也是存在很大的短板,作为决定电脑性能的核心部件,CPU的重要性无异于人类的大脑,但是在这一技术之上,一直以来都是被美国的巨头公司所垄断,这就导致我们每年都需要为CPU芯片支付巨额的版权费用。 所以严格的来讲,龙芯、申威是自主程度最高的国产CPU,也是真正自主可控的CPU,所以大家对于这两款CPU也是抱有更高的期待,特别是龙芯,毕竟申威更多的用于超级计算机。 而龙芯这些年也没有让大家失望,虽然性能追不上AMD、intel,但至少让很多的行业,实现了自主可控,做到了信息安全。 其实在全球范围内,中国的CPU水平大概是在世界第二名第三名的样子,而处于世界第一的当然就是于美国了。美国有很多的巨头,包括英特尔,AMD。苹果,IBM以及m IPS都能企业,而排在第二名的都是日本,毕竟arm以及富士通这样高性能处理器企业。虽然早前一直有传出英伟达想要ARM,不过这件事情直到现在为止还没有一个结论,所以目前来讲arm依旧属于日本软银,但说实在的,最近几年来,日本的CPU实力正在不断的下降,逐渐走向没落。 摩尔定律的主要内容是:每过18~24个月,芯片上的晶体管数量就会翻一倍,性能也会成倍提升。也就是说,半导体行业的更新速度非常快,如果不能按照这个规律发展下去,肯定会被整个行业淘汰。 因此,在摩尔定律提出后,全球所有与芯片有关的公司都在按照这个趋势进步,英特尔也不例外。但是随着工艺技术的不断提升,近几年英特尔似乎陷入了瓶颈,生产出14nm芯片之后,迟迟未能攻克更先进的7nm制程。 反观世界第一大芯片代工厂台积电,目前已经掌握了5nm工艺,甚至3nm芯片也即将完成试产。对比之下,英特尔的技术就有点不够看了,如今依然停留在14nm阶段,以至于外界有消息称,英特尔准备将先进芯片的代工业务外包给台积电或是三星。 芯片禁令实施之初到现在已经将近有半年的时间了,在这半年的时间内,国内崛起了很多家半导体相关的企业,也取得了不小的突破,可能比起很多国际巨头来讲,我们的这些突破不算是什么,但是对于我们来讲,已经算是巨大的突破了。 当然我们也不能够满足于现状,一定要趁机更加使劲中国芯接下来的路可能会很难走,但就算前面荆棘遍地,中国芯片也势必要实现芯片自主化。这是目标,是必须要完成的目标。 许多年前,国家就已经认识到了半导体行业的重要性,并下达多项政策,扶持和帮助半导体国内企业。在华为面临缺芯问题之后,半导体愈发受到重视。华为推出了基于ARM指令集的鲲鹏处理器,龙芯则选择了一条更艰难的道路——自研LoongArch指令集。 显然这样的局面急需被打破,于是由中国科学院牵头的“龙芯”课题就应运而生,旨在攻克国内在CPU领域自主研发的难题。而经过多年的发展,2002年8月10日作为我国首枚拥有自主知识产权的通用高性能微处理芯“龙芯一号”终于诞生,我们在CPU芯片领域的迎来了新局面。 而近日,龙芯又带来了好消息。据统信软件(UOS操作系统方)方面表示,近日他们联合龙芯中科副总裁张戈、倪光南院士等人举行了一次小型会谈。 而在会谈时,张戈透露出了龙芯的最新进展情况,表示新一代的基于自主指令集的龙芯3A5000/3C5000即将面世了。 3A5000是面向个人计算机的,采用12nm工艺制造,4核心设计,主频高达2.5GHz,而单核跑分30万左右,比上一代3A4000提升了50%,已经具备了与市场上的CPU产品竞争的能力。 但是“龙芯”的出现或许让国内CPU领域迎来曙光,龙芯能走到今天,真的不容易。如果“龙芯”可以替代,将拥有非常广阔的市场前景,而我们也不用再看CPU巨头的脸色。 扩展资料: 龙芯 3A5000 CPU 于 2020 年上半年流片,采用了 12nm 工艺,4 核 2.5GHz。 龙芯 3A5000 工艺改进提高主频,2020 年上半年流片,采用 12nm 工艺,4 核,2.5GHz,内存控制器延迟带宽优化,LLC 增加一倍。龙芯 3C5000 工艺改进增加核数,2020 年下半年流片,12nm 16 核,支持 4-16 路服务器。——胡伟武《自主CPU发展道路》

    模拟技术 芯片 龙芯 单核

  • 突发!美国对中企打压仍未止步:华为、海康等五家产品将被拆除!

    突发!美国对中企打压仍未止步:华为、海康等五家产品将被拆除!

    根据路透社看到的3月9日生效的一份经过修订的许可证显示,出口华为的物品将不得“与任何5G设备一起使用,或在任何5G设备中使用”,这是一种广义的解释,即禁止出口用于5G设备的物品,即使此物品与5G功能没有任何关系。 另一份经修订的许可证要求,出口物品不得用于军事、5G、关键基础设施、企业数据中心、云或空间的应用场景,生效日期为3月8日。 此外证书还要求,某些含有内存的出口物品的存储密度还必须小于或等于6 GB,以及其他技术要求。 美国方面对中企的打压仍未止步。 在今年五月份,美国政府对中国华为公司采取了极为严厉的封禁政策,将华为列入美国实体清单,禁止美国企业向华为供货。而现在,美国对中国公司又开始了新一轮制裁。 近日,美国国防部、总务署及太空总署联合宣布禁止美国承包商采购华为、中兴、海康威视等5家公司的设备与技术。 上述三家美国政府部门根据美国的国防授权法案中修订的联邦采购条件作出了临时限制,从8月13日起生效,截止到2020年8月份,为期一年。 美国联邦通信委员会(FCC)公共安全部和国土安全局(HHS)周五将包括华为在内的五家中国公司纳入不可信供应商名单,理由是认为这些企业生产的电信设备和服务,会给美国国家安全和公民安全带来"不可接受的风险"。上述公司生产的部分通信产品和服务,将在美国境内被拆除。 这五家企业除华为外,还有中兴通讯股份有限公司、海能达通信股份有限公司、杭州海康威视数字技术有限公司和大华科技有限公司。 美国联邦通信委员会去年12月曾确定规范,要求采用中兴通讯和华为设备的营运商“拆除并更换”设备,并已制定补偿计划,以补贴规模较小的营运商拆换设备费用。美国国会议员当月批准为补偿计划拨出19亿美元。 据悉,2019年的那项法案要求FCC确认「已被发现对美国国家安全或美国人的安全保障构成不可接受风险」的电信设备和服务公司。 目前,根据相关法案的规定,美国政府禁止了相关代理商从上述5家中国企业中的任何一家购买产品或服务。 对此,海康威视方面表示,强烈反对FCC的决定,同时,正在权衡所有选项,以最好地解决这个问题。海康威视还指出,它不属于「下一代网络」名单。 事实上,中国企业包括华为在内与美国FCC之间的情况早有渊源。 早在2019年11月22日,美国联邦通信委员会(FCC)官网最新刊发一份一致投票禁止华为和中兴的设备出现在FCC的通用服务基金(USF)资助的项目中的文件,文件称禁止从相关公司购买设备和服务的规定在《联邦公报》上公布后立即生效。 对此,当时华为首席法务官宋柳平在表示,“仅仅因为华为是一家中国公司就禁止我们,不能解决任何网络安全问题。” 具体来说,关于五家企业被美方“认定威胁美国国家安全的”具体原因是: “由华为技术公司生产或提供的电信设备,包括使用了该实体生产或提供的电信或视频监控服务的设备或服务。” “由中兴通讯公司生产或提供的电信设备,包括使用了该实体生产或提供的电信或视频监控服务的设备或服务。” “由海能达通信股份有限公司生产或提供的视频监视和电信设备,其用途是为了公共安全、政府设施安全、关键基础设施的物理安全监视以及其他国家安全目的,包括使用了该实体生产或提供的电信或视频监控服务的设备或服务。” “由杭州海康威视数字技术公司生产或提供的视频监视和电信设备,其用途是为了公共安全、政府设施安全、关键基础设施的物理安全监视以及其他国家安全目的,包括使用了该实体生产或提供的电信或视频监控服务的设备或服务。” “由大华科技公司生产或提供的视频监视和电信设备,其用途是为了公共安全、政府设施安全、关键基础设施的物理安全监视以及其他国家安全目的,包括使用了该实体生产或提供的电信或视频监控服务的设备或服务。” 就美国针对华为的新限制,中国外交部发言人赵立坚说,美国是在泛化国家安全概念,滥用国家力量,“不择手段”打压中国高科技企业,严重违反了市场经济和公平竞争原则。 他还说:“美方应立即停止对中国企业的无理打压,公平、公正、非歧视地对待中国企业,多做有利于中美科技交流和经贸合作的事。” 此外,路透社看到的一份商务部文件显示,今年 1 月,特朗普政府拒绝了 116 份许可证申请,这些许可证涉及的交易总额共计约 1190 亿美元,他只批准了四份涉及金额约 2000 万美元的许可。 对此,当时华为首席法务官宋柳平在表示,“仅仅因为华为是一家中国公司就禁止我们,不能解决任何网络安全问题。” 他还补充道,FCC主席Ajit Pai和其他委员未提供任何证据,来证明他们认为华为构成安全威胁的指控。自2018年3月FCC首次提出这项提议开始,华为和美国农村地区运营商提交了多轮事实依据和反对意见,但FCC却对这些事实依据和意见完全忽视。 华为和和海康,都是同时处于美国实体清单制裁下的公司,都在上半年复杂的环境下取得了营收和利润的双增长,且增长幅度和毛利润提升幅度大致相同,这两年完全不同类型的公司,到底有渊源,能在这么复杂的环境下同步增长呢? 华为和海康都是中国民族企业的骄傲,同为国际化公司,能够在美国的全球制裁下保持增长实属不易。当然,两家公司未来业务交叉是否会导致市场恶心竞争可能是投资者比较担心的问题,但是木头却相对保持乐观,无论是华为还是海康,都在快速发展主业的同时保持了业务的多元化,海康的人工智能和大数据以及未来的边缘计算为公司发展提供了新的动力和更广阔的空间,而华为,视频监控领域只是众多领域之一,当然以华为一贯尿性,没杀人一个行业,大概率会取得不错的成绩,但这并不妨碍海康继续优秀,毕竟,除了国内市场外,还有全球广大的市场空间。 木头坚信在可以预见的很长时间内,这两家公司仍然会相互竞争中又紧密合作。且随着中国芯片产业的崛起,某个完全自主可控的时候,就是再次在全球大放光彩的时刻! 2018二季度开始,国内经济下行,政府投资收紧,海康的政府采购落地减少,部分中标项目也未见到订单,政府用户持观望态度。这是海康业绩营收下滑的主要原因。另外,如上文所述,海外市场萎缩,美国政府供应链的限制也是海康面临的一大问题。 但总体而言,这两个问题都是偏中短期的问题。长期来看,中国城市对安防的需求仍然没有饱和,海外市场也因为恐怖事件频发安防需求强劲,中美贸易谈判当前处于僵持的阶段,但是相信会有一个比较乐观的结果。

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  • SK海力士收购英特尔NAND闪存业务迎突破: 已获CFIUS许可

    SK海力士收购英特尔NAND闪存业务迎突破: 已获CFIUS许可

    3月12日电 据韩联社报道,韩国半导体厂商SK海力士12日表示,公司收购英特尔NAND闪存部门收购案获得外国在美投资委员会的批准。 据媒体报道,SK海力士以90亿美元收购英特尔(INTC.US)Nand闪存业务的交易已获美国监管机构批准,意味着距离达成交易又迈进了一步,此举将增强这家亚洲芯片制造商在内存市场的地位。收购协议后,向美国和中国等主要国家的反垄断执法机构提交了合并申报书。SK海力士去年底通过美国联邦贸易委员会反垄断审查。至此,公司在美国完成收购案所需的批准程序。 海力士在一份声明中表示,在得到联邦贸易委员会批准后,美国外国投资委员会批准了这笔交易。该交易仍需获得其他国家的同意。 海力士此前表示,将收购英特尔的Nand闪存业务,具体包括英特尔的固态硬盘、Nand闪存和晶元业务,以及大连英特尔工厂。自2019年Bob Swan出任英特尔CEO以来,他一直在寻求出售几项非核心业务,专注于PC和服务器处理器。 此前,英特尔新一代芯片生产线的生产已延迟,该公司在芯片制造技术方面落后于竞争对手。有分析人士认为,剥离Nand闪存业务可能有助于英特尔解决当前芯片技术的困境。尽管投产推迟,但英特尔的服务器业务一直表现良好。 报道称,SK海力士计划,今年内通过所有国家的反垄断审批,先向英特尔交付70亿美元。 由于全球芯片短缺,拜登政府正在审查半导体供应链。如果SK海力士成功获得中国和英国等国政府的批准,它将巩固其作为仅次于三星电子的最大NAND生产商的地位。与此同时,英特尔也获得了投资于增长更快的逻辑业务的资金。 据悉,SK海力士将在第一阶段支付70亿美元,其余部分将在2025年3月前支付。该公司计划在2021年底之前收购英特尔在中国大连的工厂,从而将其在电脑和其他设备上使用的闪存的市场份额提高到20%以上。研究公司TrendForce的数据显示,截至2020年第四季度,SK海力士的NAND市场份额为11.6%,英特尔为8.6%,三星以32.9%的市场份额占据主导地位。 野村金融投资亚洲技术主管CW Chung表示:“如果NAND市场在SK海力士成功收购英特尔的NAND业务后复苏,我们预计SK海力士的NAND销售将比我们目前的预测高出40%。”Chung称,NAND的价格将从第二季度开始稳定,并从今年下半年开始上升。 据华尔街日报中文网2020年10月报道,英特尔NAND闪存部门生产主要用于硬盘、U盘和相机等设备NAND闪存产品。 据悉,SK海力士本次收购包括英特尔NAND SSD业务、NAND部件及晶圆业务,以及其在中国大连的NAND闪存制造工厂。英特尔将保留其特有的英特尔傲腾业务。 按照声明,这笔交易需要获得各监管机构的批准。此前,在宣布收购协议时,SK海力士曾表示,这笔交易预计将在2021年年底之前得到相关部门的批准。 据悉,这笔交易在去年获得了美国联邦贸易委员会的批准,SK海力士和英特尔这两家公司将尽最大努力在2021年获得剩余的批准。 SK海力士表示,它一直在投资开发DRAM和NAND闪存方面的新技术,而此次收购将扩展SK海力士在NAND闪存方面的技术。 对于英特尔来说,此次出售NAND 闪存业务,也将有利于削减非核心业务,把重心集中于高性能计算、数据中心、人工智能、自动驾驶等核心领域。英特尔CEO Bob Swan表示,对英特尔来说,这笔交易将使我们进一步优先考虑在差异化技术上的投资。 实际上,自从Bob Swan就任CEO以来,英特尔已经先后将基带业务出售给苹果、连接芯片部门出售给MaxLinear等。此次出售NAND业务,显示出英特尔正在进一步强化其以数据为中心的企业战略。有消息称,英特尔打算将本次出售资金投入到人工智能、5G网络与智能、自动驾驶相关边缘设备上。 英特尔中国研究院院长宋继强表示,只有将数据转化为业务价值,才能创造新的服务和体验。值得关注的是,将NAND闪存及存储业务出售给SK海力士之后,英特尔仍将保留他们的傲腾这一业务,傲腾拥有英特尔先进的存储技术,NAND闪存及存储业务出售之后,英特尔在存储方面就将专注于傲腾这一业务。 此次交易将有助于SK海力士扩展其NAND闪存技术。基于数据传输速度快、非易失性、能源效率高等特色,NAND闪存的使用量正在快速增加。SK海力士一直在投资开发DRAM和NAND闪存领域的新技术。 SK海力士期待通过英特尔的NAND闪存技术提高其专业性,以便实现更多的突破,并为客户带来更高价值的产品。

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  • 全球就掀起一股“缺芯潮”,谁才是背后真正的最大赢家?

    全球就掀起一股“缺芯潮”,谁才是背后真正的最大赢家?

    相信大家都知道,在2020年下半年,全球就掀起了一股“缺芯潮”,从最开始的半导体材料缺货、涨价,再到后续的芯片产品缺货、涨价,就连全球不少知名汽车厂商都因为“缺芯”而不得不停产部分车型,其实不仅仅汽车厂商遭受到严重影响。自去年下半年,全球半导体行业出现了普遍涨价、缺货的现象,包括5G、手机、电脑等产品和领域都或多或少受到了波及,尽管各大芯片供应商都在全力生产却似乎也无力改变芯片缺货严重的现状。 随着科技的发展,新产品对算力性能的需求也显著提升,这方面尤其是汽车领域尤为显著,以前的汽车更注重的是发动机的马力,油耗越野性能以及外观和驾驶的舒适度,而现在伴随电动汽车和AI辅助驾驶系统的发展,汽车也开始对芯片的性能提出了更高的要求,内饰的屏幕功能想要更加智能,自动驾驶技术想要更加完善,这些都需要更高的算力,而这个市场又是芯片需求的新兴领域,进一步增加了芯片的供货紧张态势。 近期,据知名媒体报道称,高通中低端处理器芯片大缺货,骁龙888也出现短缺的现象。巧妇难为无米之炊,对于手机厂商而言,芯片短缺就意味着无法确保手机生产制造的产能,缺货、涨价,也就不可避免了。 从智能手机到PC硬件,再看各类数码产品到汽车行业,缺货问题可以说是普遍存在的现象。其中芯片缺货的问题尤为明显,这个缺货问题甚至都惊动到了政治高层。 此外,前段时间小米中国区总裁卢伟冰表示,“今年芯片缺货,不是缺,而是极缺”。另一方面,OPPO子品牌realme的负责人也表示,“高通主芯片、小料都缺货,包括电源类和射频类的器件。” 导致各方均要求两大芯片代工厂三星和台积电增加产能,进而引发各种芯片涨价。这次缺货问题,谁又将成为最大受益者呢?柏铭科技认为可能是三星。 可能大家对三星的认识还是因为它是全球最大的手机企业和电视企业,然而三星还拥有庞大的芯片产业,它在芯片设计、芯片制造方面均居于全球领先地位。 三星介入了多种芯片行业,它拥有手机芯片、DRAM、NAND flash、CMOS等多种芯片,并且这些芯片行业居于全球领先地位。 近日,国内实力最强芯片代工巨头—中芯国际,重新获得了“供货许可”,目的也是为了进一步缓解目前全球“缺芯”的尴尬局面,毕竟全球最主要的芯片代工企业就这么几家,而如今芯片需求量依旧非常巨大,就连美国芯片巨头—高通都深受其害; 三星在芯片制造工艺方面虽然与台积电比肩,但是由于它同时拥有多种业务与其他芯片企业形成了竞争关系,导致目前仅有高通等有限几家芯片企业将订单交给三星,为此三星一直都为缺乏客户而苦恼,如今芯片产能紧缺将迫使其他芯片企业转投三星,解决了缺少客户的问题。 柏铭科技认为三星在多个芯片行业取得的优势如今正进入良性循环,全球芯片短缺为它提供了千载难逢的机会,由此成为这次全球芯片缺货的最大受益者,这恐怕是台积电不希望看到的。 日本垄断了整个半导体的材料市场,目前在整个半导体领域的19种关键材料中,有14种日本的产能是占了全球50%以上的。像高纯度氟化氢,日本占全球份额的70%,氟聚酰亚胺份额达到90%,像光刻胶也是处于垄断地位,所以日本企业在这波上涨背后,是赚得盆满钵满的。 美国又垄断了半导体设备市场,按照2020年的数据,美国垄断了全球近50%的半导体设备,而日本又占了剩余的30%左右,美日两国占了80%的半导体设备市场。 而材料、设备是全球芯片大缺货、大涨价背后的直接受益者,甚至因为产能缺少,芯片企业们大举扩产,也得采购材料、设备,从而背后的上游厂商又赚大钱。 好在在“中国制造2025年”明确提出发展第三代半导体产业的情况下,国内芯片企业现在正如雨后春笋般成长,大量的投资计划也积极在展开。 另外工业部新闻发言人田玉龙在近日在回答记者问时表示,芯片集成电路是信息社会的基石,也是信息技术的重要基础。中国政府将在国家层面上将给予大力扶持,共同营造一个市场化、法治化和国际化的营商环境和产业发展的生态环境。 有市场刺激,有国家扶持,希望更多的企业能抓住机遇,迅速成长起来,实现芯片自主化。

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  • 中芯国际14nm良品率持平台积电,能否借助此次机会而崛起呢?

    中芯国际14nm良品率持平台积电,能否借助此次机会而崛起呢?

    根据媒体的报道,中芯国际目前在14nm工艺的良品率已经达到了95%,这个良品率可以说是直接与台积电的良品率持平,也预示着中芯国际14nm工艺已经达到了国际领先水平。14nm良品率持平台积电,7nm技术研发完成。这也标志着国产芯片制造商正在进一步提升芯片制造能力,虽然年相比台积电等大厂还有不小的差距,但是这个差距已经是在不断缩小了,这就是很大的好消息了。 不过由于在高端光刻机关键性设备上的缺失,7nm工艺的落地就必须换一种方式也就是中芯国际自研的N+2技术,如果进展顺利的话,中芯国际有望在下半年进行流片试产。 就在前几天,中芯国际宣布从荷兰光刻机制造商ASML(阿斯麦)手中购买了金额高达12亿美金的光刻机,被认为其在全球缺芯的背景下,抓紧扩充产能、收割订单。消息一出,中芯股价逆势大涨,整个国内半导体行业都为之震荡。 中芯的突然被解禁,一方面也是因为全球芯片都出现了短缺,中芯的芯片制造能力得到提升,就能展现出其制造能力来。再这样的背景之下,中芯能否借助此次机会而崛起呢? 据介绍,中芯国际是世界领先的集成电路晶圆代工企业之一,也是中国内地技术最先进,配套最完善,规模最大,跨国经营的集成电路制造企业,提供0.35微米到14纳米制造。 中芯国际在上海建有一座300mm晶圆厂,一座200mm晶圆厂和一座实际控股的300mm先进设备制程晶圆合资厂;在北京建有一座300mm晶圆厂和一座控股的300mm晶圆厂;在天津和深圳各建有一座200mm晶圆厂;在江阴有一座控股的300mm合资厂。 进入到2021年后,芯片短缺的情况进一步加剧,就连全球最大的芯片代工厂台积电也出现了产能不足的状况,高通和华为这些企业的订单也开始慢慢的流入到中芯国际。在梁孟松的带领之下,这短短三年之内,中芯国际就将从28纳米走到了7纳米,而如今其7纳米开发任务已经完成,将会在4月份进行风险试产,作为少数掌握14纳米芯片制造技术的企业。 如果中芯国际此次成功试产其7纳米制程芯片,那么就会成为全球第三家掌握视这种芯片技术的企业,并且中芯国际还将会成为第二个利用DUV光刻机经过多次量产7纳米芯片的企业。 尽管中芯国际受到美国实体名单的压制,但就技术或规模而言,国内芯片制造商的领导者不过是中兴国际,在克服困难之后,中芯国际目前在技术上也可以说已经一路追赶, 14nm芯片的生产合格率可以说是世界上第一家芯片制造商台积电的水平,它是在7nm制造工艺中开发的,并且也取得了良好的效果,相信会很快可以大量生产。 中芯国际的技术得到了很好的发展,其中,28nm,14nm,12nm,N + 1等技术已开始批量生产,在工艺上,中芯国际不少于外国制造商,据供应商提供的信息显示:中芯国际在14nm芯片产量指标中已达到台积电的90%至95%的水平,几乎与台积电处于同一水平。 但与台积电和三星相比,中芯国际在技术和规模上仍存在较大差距,一直以来,三星都想要超越台积电,这个梦想也不再是什么秘密,全世界的人都知道三星想要超越台积电。为了超越台积电,三星不断的在努力。去年三星方面正式宣布投资千亿美元去发展新的技术,说起来也是奇怪,三星一直想要超越台积电,可是每次都比台积电晚一步,其实双方在工艺上的差距并不是很大,可不知道为什么。三星总是难以超越台积电。 现在三星和台积电都可以生产5nm芯片,两家制造商也都在朝着3nm技术发展,预计明年将批量生产3nm芯片,对于SMIC,仍在开发5nm和3nm技术,但是必须逐步完成,成功只是时间问题。 事实上,中国芯片业也在“大扩张”,加速推进芯片国产化。据统计,截至目前,中国芯片相关企业共有66500家,2020年全年新注册企业22800家,同比大涨195%; 迈入新的一年,这股增长势头更是迅猛, 2021年前2月注册量已达到4350家,同比增长378%。 甚至中芯国际、华为海思等90家企业联合组队,打算成立一个全国集成电路标准化技术委员会,让各大芯片企业互相配合,在统一的标准下快速生产芯片。 眼看大家都在芯片赛道上“飙车”,美国自然也不愿掉队。 近日美国正在推动一项振兴美国半导体制造的法案,拟在5年内提供1000亿美元(约合6490亿元人民币),用以投资半导体领域。

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  • 氮化镓功率器件增长达 90.6% ,为什么GaN器件得到了发展?

    氮化镓功率器件增长达 90.6% ,为什么GaN器件得到了发展?

    在过去的十多年里,行业专家和分析人士一直在预测,基于氮化镓(GaN)功率开关器件的黄金时期即将到来。TrendForce 集邦咨询近日发布了 GaN 氮化镓市场调查报告。报告显示,尽管 2018 年至 2020 年以氮化镓为代表的第三代半导体产业受到贸易摩擦、疫情影响增长受到压力,但 2021 年该产业成长动能有望高速回升,预计 GaN 氮化镓功率器件市场规模将达到 6100 万美元,年增长率达到 90.6%。 一、第三代半导体行业概况:1.什么是第三代半导体? 第三代是指半导体材料的变化,从第一代、第二代过渡到第三代。 第一代半导体材料:锗以及硅,也是目前最大宗的半导体材料,成本相对便宜,制程技术也最为成熟,应用领域在资讯产业以及微电子产业。 第二代半导体材料:砷化镓以及磷化铟,主要应用在通讯产业以及照明产业。 第三代半导体材料:以碳化硅以及氮化镓为代表,可应用在更高阶的高压功率元件以及高频通讯元件领域,是5G时代的主要材料。 氮化镓是一种无机物,化学式GaN,是氮和镓的化合物,是一种直接能隙(direct bandgap)的半导体,自1990年起常用在发光二极管中。此化合物结构类似纤锌矿,硬度很高。氮化镓的能隙很宽,为3.4电子伏特,可以用在高功率、高速的光电元件中,例如氮化镓可以用在紫光的激光二极管,可以在不使用非线性半导体泵浦固体激光器(Diode-pumped solid-state laser)的条件下,产生紫光(405nm)激光。2014年,日本名古屋大学和名城大学教授赤崎勇、名古屋大学教授天野浩和美国加州大学圣塔芭芭拉分校教授中村修二因发明蓝光LED而获得当年的诺贝尔物理奖。 GaN在1050℃开始分解:2GaN(s)=2Ga(g)+N2(g)。X射线衍射已经指出GaN晶体属纤维锌矿晶格类型的六方晶系。在氮气或氦气中当温度为1000℃时GaN会慢慢挥发,证明GaN在较高的温度下是稳定的,在1130℃时它的蒸气压比从焓和熵计算得到的数值低,这是由于有多聚体分子(GaN)x的存在。GaN不被冷水或热水,稀的或浓的盐酸、硝酸和硫酸,或是冷的40%HF所分解。在冷的浓碱中也是稳定的,但在加热的情况下能溶于碱中。 氮化镓功率器件在性能、效率、能耗、尺寸等多方面比市场主流的硅功率器件均有显著数量级的提升。例如,相比主流的硅基MOSFET、IGBT,氮化镓功率器件的开关频率可以高出1000倍;能量损耗可以降低50%-90%;每瓦尺寸和重量降至原先的1/4,系统成本可以大幅降低。 TrendForce 详细介绍了作出此预测的原因。首先,新冠疫苗的问世有望缓解全球疫情,进而带动工业能源转换所需零组件如逆变器、变频器等,以及通讯基站需求回稳。其次,随着特斯拉 Model 3 电动车逆变器逐渐采用 SiC 碳化硅器件,第三代半导体于车用市场逐渐备受重视。最后,中国政府为提升半导体自主化,今年提出十四五计划投入巨额人民币扩大产能,上述都将成为推升 2021 年 GaN 及 SiC 等第三代半导体高速成长的动能。 时下,多个厂商正在大量的生产GaN器件,这些GaN器件正在被应用于工业、商业甚至要求极为严格的汽车领域的电力和电机控制中。他们的接受度和可信度正在逐渐提高。(请注意,基于GaN的射频功放或功放也取得了很大的成功,但与GaN器件具有不同的应用场合,超出了本文的范围。)本文探讨了GaN器件的潜力,GaN和MOSFET器件的不同,GaN驱动器件成功的关键并介绍了减小栅极驱动环耦合噪声技术。 电源领域也是目前最大的应用市场,高压和低压氮化镓功率器件为交流-直流(AC-DC)、隔离型直流(isolated DC-DC)、负载点(point of load)功能带来附加值。 对于低压氮化镓功率器件,市场也相当有前途:随着不同的无线充电标准发展,如Qi和AirFuel,氮化镓电源多模器件可以方便地为系统集成商所用。 aN器件目前虽有部分晶圆制造代工厂如台积电、世界先进等尝试导入8英寸晶圆生产,但现行主力仍以6英寸为主。因疫情趋缓所带动5G基站射频前端、手机充电器及车用能源传输等需求逐步提升,预期2021年通讯及功率器件营收分别为6.8亿和6,100万美元,年增30.8%及90.6%。 与应用广泛的MOSFET硅功率器件相比,基于GaN的功率器件具有更高的效率和更强的功耗处理能力。这些优势正是当下高功耗高密度系统、服务器和计算机所需要的,可以说专家所预测的拐点已经到来!对此,大家怎么看?

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