《電子技術(shù)應(yīng)用》
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從電子秤到智能電表,透視芯??萍荚贏DC技術(shù)上的“穿越”

2011-09-14
作者:芯海科技

  在中國本土近500家集成電路設(shè)計企業(yè)中,您可以找到幾乎所有類別的芯片設(shè)計企業(yè),但以ADC技術(shù)為核心的企業(yè)并不多見,而真正成功的企業(yè)更是鳳毛麟角,因為這是一個高度集中的市場,ADI一家企業(yè)就占據(jù)超過47%的市場份額。而深圳芯??萍迹–hipsea)通過八年的執(zhí)著努力,以具有自主知識產(chǎn)權(quán)的ADC技術(shù)為基礎(chǔ),以衡器市場為突破,一路走來成功實現(xiàn)主打產(chǎn)品在高精度電子秤、工業(yè)過程控制、醫(yī)療器械、儀器儀表等需要精密測量的場合中的廣泛應(yīng)用。而基于高精度ADC技術(shù)的電力計量芯片技術(shù)的成功應(yīng)用,特別是符合國網(wǎng)新標(biāo)準(zhǔn)的智能單相電能計量表ADC芯片CSE7780的推出已經(jīng)為企業(yè)所批量采用,開辟了一片新天地,實現(xiàn)在ADC技術(shù)上的成功“穿越”。
 
鎖定衡器制造,“Chipsea Inside”
  作為制造大國,中國企業(yè)在全球衡器制造領(lǐng)域一樣具有舉足輕重的地位。海關(guān)統(tǒng)計數(shù)據(jù)顯示,2010年中國共出口衡器達(dá)8.5億美元,出口到197個國家和地區(qū),除去全球經(jīng)濟(jì)危機(jī)爆發(fā)的2009年以外,連續(xù)十幾年以超過兩位數(shù)的速度增長。然而,與很多其他行業(yè)一樣,中國衡器行業(yè)從一開始就沒有擺脫處于產(chǎn)業(yè)鏈低端的命運(yùn),ADC、MCU等關(guān)鍵器件幾乎被ADI、TI、Maxim等巨頭所壟斷。國外半導(dǎo)體企業(yè)近乎壟斷的地位決定了中國衡器整機(jī)企業(yè)有限的議價能力,過高的BOM成本讓中國企業(yè)在國際競爭上處于不利地位,數(shù)年前電子衡器業(yè)還依賴于70多元一顆的進(jìn)口高端IC到雙積分、三積分電路。
 
  深圳芯??萍及l(fā)現(xiàn)了衡器這塊為眾多具備實力的本土集成電路企業(yè)所忽視的市場,以其具有獨(dú)特專利技術(shù)的高精度Σ-Δ ADC技術(shù)作為基礎(chǔ),傾力于開發(fā)適合衡器應(yīng)用的系列ADC產(chǎn)品。目前芯??萍家呀?jīng)成為國內(nèi)領(lǐng)先的衡器計量解決方案提供商,有上千家制造企業(yè)選擇了芯??萍嫉漠a(chǎn)品及解決方案。而在相同甚至更高的性能條件下更低的成本和及時、便利的技術(shù)支持使衡器制造企業(yè)大大降低了產(chǎn)品整機(jī)成本,提高了國際競爭力。中國衡器行業(yè)近年來持續(xù)快速的發(fā)展見證了芯海科技在衡器行業(yè)一步一個腳印的堅持與進(jìn)步。
 
  電子秤如今的趨勢是朝著更高精度和更低成本的方向發(fā)展,因而對高性能模擬信號處理電路有更高的要求。高精度ADC設(shè)計技術(shù)具有極大的挑戰(zhàn)性,ADC的精度、功耗、抗干擾性、一致性與穩(wěn)定性都是非常具有挑戰(zhàn)性的關(guān)鍵技術(shù),這導(dǎo)致了本土集成電路企業(yè)鮮有問津這些產(chǎn)品領(lǐng)域的。具體而言,在高精度ADC設(shè)計中主要存在以下挑戰(zhàn):量化噪聲及模擬部分各種器件的熱噪聲、1/f噪聲等嚴(yán)重地影響高精度調(diào)制器的性能;高精度ADC的高性能DSP濾波器模塊也起著至關(guān)重要的作用,而其設(shè)計難度很高;由于高精度ADC必須要通過前置放大器對信號進(jìn)行放大來提高信噪比,而前置放大器在放大信號的同時自身也會產(chǎn)生噪聲,并且會限制系統(tǒng)的共模輸入范圍,增加系統(tǒng)成本及功耗……
 
  芯海科技在上述關(guān)鍵技術(shù)攻關(guān)過程中,共申請了低溫度系數(shù)帶隙基準(zhǔn)源、信號采樣保持電路、一種電壓調(diào)整裝置、門控時鐘產(chǎn)生電路等多項專門針對高精度ADC的專利,并于2007年率先在國內(nèi)推出的24位高精度ADC芯片CS1242,一舉填補(bǔ)了國內(nèi)中高端電子衡器芯片領(lǐng)域的空白,解決了中國衡器制造商對高精度ADC芯片的需求。利用該公司系列計量芯片設(shè)計的口袋秤分度可高達(dá)三萬分之一,完全能滿足幾乎所有常用衡器產(chǎn)品的精度要求。在CS1242之后,芯海科技相繼推出了CS1180以及更低成本的CS1150、CS1168,還有更高精度和更高性能的CS1232,進(jìn)一步鞏固了該公司作為大陸領(lǐng)先ADC技術(shù)提供商的主導(dǎo)地位。


圖1:芯??萍紦碛凶灾髦R產(chǎn)權(quán)的高精度ADC產(chǎn)品。


  芯??萍几鼘DC技術(shù)進(jìn)行擴(kuò)展應(yīng)用,以高增益高精度型ADC為核心,將MCU作為ADC的后續(xù)處理單元,推出了專門用于高精度數(shù)據(jù)采集的SoC器件,系統(tǒng)的技術(shù)經(jīng)濟(jì)綜合指標(biāo)明顯優(yōu)于用其他器件構(gòu)成的同類系統(tǒng)。其中CSU1221是一款國內(nèi)首創(chuàng)應(yīng)用于商用秤的SoC芯片,芯片采用8位CMOS單芯片MCU,內(nèi)置4K×16位一次性可編程(OTP)ROM,帶有2通道24位全差分輸入或4通道24位單端輸入的Σ-Δ ADC。CSU1221填補(bǔ)了國內(nèi)帶高精度ADC的SoC芯片這一領(lǐng)域的空白,去年推出的低成本高性能的SoC CSU1110以及CSU1000太陽能芯片繼續(xù)了芯??萍荚诤馄餍酒I(lǐng)域的領(lǐng)先技術(shù)性能表現(xiàn)。目前SoC已經(jīng)成為芯??萍嫉腁DC拳頭產(chǎn)品,為大量衡器和工業(yè)應(yīng)用產(chǎn)品制造企業(yè)提供了低成本的完整解決方案。
 
  近年來,隨著衡器解決方案精度的提高,廠家將關(guān)注點轉(zhuǎn)移到其他關(guān)鍵特性上,其中迎合當(dāng)今低碳環(huán)保理念的低功耗特性成為關(guān)鍵,特別是那些電池供電或太陽能供電的自動上位人體秤、口袋秤等當(dāng)前市場上的熱門衡器產(chǎn)品來說尤其如此。針對這種趨勢,芯??萍紘鴥?nèi)首家推出最低功耗的自動上秤人體秤SoC方案CSU11系列芯片以及具有更低功耗更高性能的升級版CSU1000系列。芯??萍蓟谧灾黝I(lǐng)先的ADC技術(shù),在衡器行業(yè)持續(xù)發(fā)出中國集成電路企業(yè)最強(qiáng)的聲音。
 
從衡器到電力計量,實現(xiàn)ADC技術(shù)的“穿越”
  與衡器行業(yè)類似,中國同樣是世界上最大的電能表制造中心,超過500家電能表制造商,年產(chǎn)量已攀升至1億臺。而中國國內(nèi)本身就是最大的電表消費(fèi)市場,僅2011年上半年,國家電網(wǎng)就公布了第三次智能電表招標(biāo),招標(biāo)規(guī)模已達(dá)到4,171萬只,達(dá)到去年全年的90%左右。隨著智能電網(wǎng)建設(shè)在全球范圍內(nèi)鋪開,智能電力計量已經(jīng)成為眾多設(shè)備制造和半導(dǎo)體芯片設(shè)計企業(yè)關(guān)注的焦點之一。
 
  智能電表產(chǎn)品的核心是計量芯片,其關(guān)鍵技術(shù)是對互感器采集的電壓、電流信號進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換,而無疑芯??萍家呀?jīng)廣泛成熟應(yīng)用的Σ-Δ ADC技術(shù)帶來了最大的技術(shù)優(yōu)勢,芯??萍紨?shù)年前就將市場和技術(shù)戰(zhàn)略目標(biāo)之一鎖定到電力計量應(yīng)用領(lǐng)域。芯??萍蓟诰哂凶灾髦R產(chǎn)權(quán)的ADC核心技術(shù),幾年前即開始積極布局相關(guān)產(chǎn)業(yè),其中電力計量是該公司的重要市場。在公司成立兩年后即推出了高精度單相有功功率計量芯片CSE7755,以及后續(xù)的高精度單相有功功率計量芯片CSE7755B、三相電能計量芯片CSE7752,多個系列的電能計量方案為進(jìn)軍巨大的智能電網(wǎng)市場奠定了堅實基礎(chǔ)。
 

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