准确把握未来半导体产业技术发展方向

2007年度《电子工程专辑》的“最佳产品奖”包括半导体和测试测量在内的10大类别，共有50名候选者，它们在半导体行业中均属遥遥领先者，其产品与技术代表了不同类别最新的发展现状。通过分析这些产品，我们可以准确把握未来半导体产业的技术发展方向。

AD/DA转换器追求高精度与高速

毫无疑问，随着先进设计技术以及精密CMOS工艺的发展，AD/DA转换器正在向更高精度(分辨率)和更高速度迈进，此外，根据应用领域的不同，小功耗、小封装尺寸以及易用性，也是此类产品追求的重点。从目前来看，高精度的AD转换器主要分为Δ-Σ型和逐次逼近(SAR)型两种，TI公司的ADS1232和ADI的AD7980正是其中的典型代表。

24位的高精度ADS1232主要面向高精度测量(特别是电子秤等)领域，内部带有低噪声的可编程精密放大器，精密的Δ-Σ AD转换器和内置的振荡器。

ADI的AD7980则是一款16位产品，谈到精度问题，该公司表示：“目前，设计人员要求18到24位的更高精度，而事实上，AD7980具有满足这种需求的潜力。该产品所采用的技术允许其捕获电源范围之外的信号，从而可以用来提供更高的精度。”而事实上，ADI最新发布的AD7982，就是有着相同功率、尺寸以及易用性，且引脚兼容的18位转换器。而对于高精度数据捕获技术今后的发展，ADI也指出，其面临的最主要挑战，在于是否能够通过传感器和转换器之间的模拟信号链承载宽动态范围的信号。

高速AD/DA产品目前开始广泛出现在无线领域，对它们而言，信噪比(SNR)与无杂散动态范围(SFDR)是衡量产品性能的两大关键指标。TI的高速ADS5547(14位)，其采样率超过了200Msps，同时还可在输入速率高达300MHz时保持70dBFs的SNR及74dBc的SFDR。而埃派克森微电子的高速高精度DA转换器A4101，在165MHz时钟采样频率时的SFDR分别达到72dBc(5MHz输出信号频率)和68dBc(10MHz输出信号频率)。

图1：消费者的产品需求在不断推动半导体的产业发展。

图2：TI公司带14引脚的MSP430F20xx可适用于多种模拟外围设备。

图3：凌力尔特的LTM4600是一款高效率DC/DC uModule。

图4：泰克的14-GHz RSA6114A提供了110MHz实时带宽及73dB无杂散动态范围，能够满足各种数字RF应用需求。

使用先进工艺的运算放大器

消费者对更小的产品尺寸以及更多功能的需求，正在加速低功耗运放的发展步伐。今天，对低功耗运放供电电流低于1mA的传统定义似乎已经无法满足便携式系统设计师的要求。美国国家半导体公司的LMV651芯片，在工作时只耗用115μA的电流，而且同时还可以支持12MHz的单位增益带宽。在此类应用中，宽工作电压范围也不容忽视。凌力尔特信号调理产品部市场经理Brian Black就表示：“便携式设备的电源有可能取自放电至1.8V以下的电池或充电至12V或更高电压的超级电容器。因此，为了保证在未稳压电池应用中实现良好的工作性能，凌力尔特的LT6003运放的工作电压范围达到1.6~16V。”

高性能运放也是供应商关注的重点，该类别入围产品美国国家半导体的LM4562和ST的TSH340/TSH341就分别面向高端音、视频领域。国家半导体指出：在一个典型的音频信号通路中，噪声与失真误差是累积形成的，而这直接导致音频器件性能必须是最终系统所要求的10~20倍，因为只有这样才能保证最终系统的性能指标。LM4562运放针对音频应用，总谐波失真及噪声仅为0.00003%。ST的产品则瞄准高分辨率视频领域，除了参加本次ACE Awards评选的TSH340/TSH341外，该公司表示，目前已经发布了下一代高分辨率视频缓存器系列TSH343和TSH344，该公司今年还计划开发带内置重构滤波器的三视频缓存器方案。

从入围的5款产品来看，先进的工艺技术是提高产品性能的关键。据美国国家半导体介绍，其专有的VIP50 BiCMOS工艺最适合生产放大器芯片，可以赋予产品惊人的速度功耗比、更低的闪烁噪声(甚至优于纯CMOS工艺)，以及温度系数极低的薄膜电阻。利用该工艺生产的LMV651，只需115uA的电源电流就达到了12MHz的单位增益带宽。而ADI的AD8250，则采用了该公司的精密的双极CMOS工艺——BiCMOS，不仅为产品提供了高精度，还增加了数字控制。

高速接口芯片势头猛烈

2006年，高清晰多媒体接口(HDMI)已经成为用户选择HDTV的标准配置之一，相信这一趋势在2007年将更多地出现在游戏机、HD DVD、蓝光DVD、HD STB中。据硅谷数模半导体(中国)有限公司透露，目前在其很多本土用户的2007年规划中，HDMI的应用机型范围已经扩大至26英寸以上的平板，并成为标配，这意味着HDMI在中国接收端市场已经启动并进入快速爬升期。

多媒体开关器件是专用器件的一个新种类，它可以在音频信号、USB数据以及视频信号之间进行切换。由于带有USB端口的便携式设备日益增多，加上USB越来越多地用作数据源、电源和音频源端口，市场对能够改善整体系统性能和提供这些即插即用环境所需ESD保护功能的多媒体开关的需求也相应增加。飞兆半导体公司亚太区总裁郭裕亮认为：“业界将继续流行在单个USB端口上实现头戴耳机、数据线和电源线的能力，而且显然地，2007年将出现一个在便携式设计中广泛采用的通用USB标准。”这样的市场为飞兆的FSA201/FSA221提供了很多空间，这两款产品具有高达VCC-6.5V宽负摆幅性能；高ESD保护能力(10kV)；以及3Ω的超低导通电阻。

虽然受到HDMI、LVDS等高速接口的影响，但是凌力尔特公司的高级设计工程师Steven Tanghe却表示：“RS485标准由于具有相对较大的信号电平、宽共模容差和多节点能力，因而特别适用于噪声环境下的长距离通信。”凌力尔特还认为，对于此类产品，未来采用较小的封装极为重要，将来根本没有封装的芯片至电路板直接贴装可能会变得很普遍。

更高的数据传输要求推动FPGA发展

考虑到FPGA能够适应不断增加的消费者需求、行业标准变化、上市时间和成本压力，以及对未来验证系统的需求，很多专家认为三重业务很可能将驱动对高性能平台FPGA的大量需求。而为了满足传输语音、视频和数据对集合带宽的需求，未来的SoC方案必须具备灵活性，并且能够结合极高性能的DSP、处理和连接能力。赛灵思的Virtex-5系列正是这种解决方案的一个很好例子，而且该公司也表示，将借助最新Virtex-5系列产品内在的性能和灵活性优势，与客户一起在互联网的下一波潮流——三重业务中扮演关键角色。

确实，对大量数据的传输要求正在推动逻辑器件的发展。Altera的Stratix II GX FPGA系列在高性能FPGA架构上整合了高速串行收发器。作为Stratix II GX系列的一部分，Altera还提供全面的协议解决方案。Stratix II GX收发器内建物理编码子层(PCS)模块，从而能够方便实现这些协议设计。每个收发器包括专用电路来支持PCI Express、CEI-6G-LR/SR、SDI、千兆以太网、Serial RapidIO、XAUI和SONET等传输协议。

而NXP首批基于快速模式Plus(Fm++)规格的I2C逻辑设备PCA9633/PCA9698/PCA9665频率最高可达1MHz，是以前I2C总线的两倍。NXP公司认为，未来，随着更高的比特带宽日益普及，以及总线控制器允许在目前并不支持Fm++总线的ASIC、FPGA或微控制器上采用频率更高，驱动能力更强的高速模式Plus，GPIO的应用范围将变得更加广泛。

随着市场对模拟/数字混合技术横向集成及降低产品成本的要求越来越高，Actel的Fusion PSC在一块单芯片上集成了混合信号模拟电路、内置Flash内存和FPGA架构。设计人员能像处理混合信号ASIC那样来处理Fusion PSC，而且免除了ASIC器件设计周期长和成本高的问题。

MCU进一步追求低功耗与高集成度

中国消费电子产品制造和消费需求的迅速升级，正在带动消费类MCU市场的继续快速增长，而低功耗和高集成度已成为目前MCU行业的主流趋势。以TI的超低功耗MSP430为例，该产品基于F2xx架构，具有200mA/MIPS工作电流的特性，还可以在不足1微秒的时间内从待机模式转换到全速工作状态。

而Atmel的AT91SAM7x中，则集成了功率管理控制器来降低ARM处理器内核功耗。为了满足更高的集成度要求，Atmel在其MCU中集成了更多的存储器、外设和接口。此外，还提供将一个MCU与一个模拟配对芯片或非易失性存储器堆叠在同一个封装中的选择。该公司表示，基于MCU的未来产品更将嵌入一个可配置的逻辑构件，用以替代目前在一个外部FPGA上实现的特定应用逻辑。

对于那些希望在工业自动化、楼宇自动化、商用系统控制以及家居控制系统中加入远程监控和通信功能的设计人员来说，Microchip的PIC18F97J60中集成了完整的以太网控制器，同时包括了MAC、PHY和RAM收发缓冲器。此外，Microchip还提供免费的TCP/IP软件栈，从而帮助设计人员缩短开发时间。

除此外，小型化也是MCU发展的主要方向。飞思卡尔的8位MC9RS08KA系列就专门针对那些对空间要求极为严格的应用，其体积非常小巧，足以装进电动牙刷头中，非常适合于传统的电机设计应用和便携式应用。

非易失性存储器技术推陈出新

非易失性存储器领域目前的市场热度正在节节攀升，各种新旧技术不断推陈出新。对今天的移动设备用存储器而言，如何实现更快速的下载以及同时运行多个数据密集型的应用是其面临的主要挑战。美光科技最新用于手机的Managed NAND，是一体化的存储器和控制器器件，具有MMC接口。Managed NAND的通用接口目前支持的最高速率达到52Mbps，而且据称马上会推出支持200Mbps的产品。

除Flash外，在非易使性领域，各种新型技术也开始缓慢进入市场。赛普拉斯最新推出的nvSRAMs据称能够解决其它非易使性产品经常面临的耐久性问题。长久以来，nvSRAMs在非易使性存储器领域并未获得极大发展，但是赛普拉斯却看到了该技术的巨大潜力。该公司表示，与其它非易使性技术相比，nvSRAMs的一个关键优势就在于可以很容易地与其它逻辑集成在一起，从而实现具有创新的解决方案。该公司认为，向SONOS 130nm技术的转变会促使该技术得到更广泛的应用，并表示将于2007年年底完成这一转变。

飞思卡尔的MRAM是另一种颇具潜力的非易失性存储技术。MRAM将SRAM的速度和耐久性以及Flash的非易失性结合在一个芯片中。MRAM采用磁极化而不是电荷来存储信息，消除了泄漏和损耗，其独一无二的特性使该产品在许多应用中可以作为通用存储器使用。

体积更小巧、效率更高效的电源产品

体积更小巧、效率更高效是目前DC/DC稳压器的技术发展趋势。近年来，DC/DC开关稳压器20kHz到几个MHz的工作频率范围，使其在更多领域得到了广泛应用。

Micrel公司的MIC2285产品能够实现两个直流电压之间的有效转换。例如，可以对锂离子电池的可变放电电压进行转换，其范围从4.2V到低至2.7V；可以为微处理器提供稳定的1.8V电压，并且转换效率超过90%。此外，其具有突破性的8MHz频率能将电感器的体积缩小90%，同时保证很好的整体效率，并提供良好的瞬态性能。

同为稳压器，凌力尔特的LTM4600是一款高效率DC/DC uModule。该产品把构建完整DC/DC系统所需的全部元件(比如：电感器和电源电路)均内置于一个密闭式15mm×15mm×2.8mm LGA封装中。据称，LTM4600在620万次电源周期测试中实现了产品零故障，这种可靠性是前所未有的，并且超过了业界标准。

低电压高功率应用是凌力尔特公司正在开拓的另一个领域。据悉，一个新型μModule DC/DC转换器系列将于2007年第二季度面市。该产品能够在2.25V至5.5V的低输入电源条件下工作，且输出电流低于10A。该器件被内置于一个更小的LGA封装中，而且封装的高度低于LTM4600。

进入候选名单的安森美半导体的NCP1337是一款脉冲宽度调制控制器，该产品采用了该公司的多项专利及新技术，如无线圈谷底检测技术、待机软跳周期等，克服了传统准谐振芯片的缺点。在待机能耗方面，当反馈信号达至一定水品，NCP1337会进入软跳周期模式，提高低负载效率，包括空载和待机能耗，例如160W CRT电视机的待机能耗降低到1W以下，同时适配器空载能耗也可以符合最严格的国际要求，并可以在没有噪声情况下工作。

针对不同应用的处理器和DSP

该领域的供应商在提供高质量产品的同时，还在努力提供最完善易用的开发工具和最完整的开发库，以加速用户的产品开发周期。

该类别中，有两家本土公司进入了候选者名单，分别为珠海炬力和上海杰得微电子有限公司。2006年，炬力推出采用全新电源管理技术、使用全新工艺的Acu75xx产品。该公司认为，存储技术和内容管理水平的发展，将是今后推动该产业的两大关键。炬力的Acurio 7500系列支持Windows Media数字版权限管理DRM 10，该产品还采用了全新的闪存管理技术，支持的闪存容量最高达16GB。

上海杰得自主研发的Z228多媒体应用处理器是中国第一款130nm工艺的大规模SoC，也是ARM926EJ Prime Starter Kit在世界上的首次授权。其内置的ARM926EJ处理器内核、MPEG-4硬件全双工编解码器、以及丰富的外围接口，可以帮助客户在智能手机、智能家居，可视电话、数字录像机、PMP、PDA等多个领域研制更加灵活和高性价比的多媒体产品。

ADI是提供完整的TD-SCDMA芯片组的第一家公司，其最新的SoftFone-LCR+芯片组据称在大多数网络上实现了双模工作并完成了384kbps的数据文件传输。对TD-SCDMA技术而言，硬件芯片组和软件的不断开发是促进其向前发展所不可或缺的。目前，期望的硬件改进包括更低成本、更小功耗，射频和芯片的更小尺寸。从目前来看，现在可提供的芯片组在成本和功率方面可与中挡GPRS/EDGE芯片组相比，由于技术相似，可以预期其性能会以相同的速度不断提高。

博通公司支持中小型企业网络推出的BCM5348全集成48端口快速以太网交换芯片，提供的端口数量是现有快速以太网解决方案的两倍。为了满足关注成本的中小企业市场的需求，这个芯片还集成了一些10/100物理层。

支持多频段的RF产品

在过去15年里，商用无线通信技术无论从数量还是类型来看，都在呈爆炸式发展。在所有无线通信设备中，手机是一个关键领域。在该领域，对手机设计的多频带、多模式功能要求，推动供应商针对性能、体积、易用性和成本开发射频解决方案。

锐迪科的双模单芯片射频芯片超越了单模TD射频芯片的技术层次，是同时支持TD-SCDMA/GSM/GPRS的六频双模射频芯片。该射频收发芯片注重集成度，将传统方案中所有体积较大的元器件比如射频VCO、环形滤波器和可调电感都集成到一个单芯片上，大大减少了外围元器件的数量，PCB所占面积仅有原来的1/3。

飞思卡尔的RFX300-20 WCDMA/EDGE四芯子系统将器件数量从3个减少到1个，并在其中平衡了飞思卡尔在RF和功率放大器(PA)技术领域的经验。该公司表示，将在未来继续完善这一结构，并进一步通过工艺技术推动整合从而提高性能。例如，利用SiGe:C工艺生产低成本、低功耗、高性能的RF BiCMOS SoC解决方案。

除了单独的RF方案外，为了支持快速成长的移动电话市场需求，业界还在全力开发单芯片手机解决方案。Silicon Laboratories的Si4905采用了130nm标准CMOS工艺，将数字基带、模拟基带、RF收发器、电源管理单元(PMU)等集成至同一颗芯片。英飞凌的第二代单芯片EGOLDvoice的ULC2平台也采用了130nm CMOS工艺制造，在单颗芯片上整合了基带处理器、RF收发器、电源管理单元和RAM。待机电流为3mA，GSM频段的射频灵敏度可达110dBm，整个手机外围元器件数量减少到约50个，可以单面安装在4平方厘米的4层PCB上。而以前，仅电源管理芯片就需要7×7mm2的面积。

目前，数字电视在全球的推广已有了明确的时间表，电视完全数字化已指日可待。澜起科技的M88TS2000正是应用于DVB-S数字卫星电视接收前端的RF芯片，它使用了130nm RF CMOS工艺，与采用Bipolar或SiGe BiCMOS工艺的同类芯片相比，在性能和成本上有所提高。

数字技术的飞跃为测试测量设备带来挑战

数字技术的进步不仅推动了集成电路的发展，同时也在驱动相应的测试技术不断提高。

安捷伦公司认为，未来的数字技术的发展趋势可归纳为以下四个方面：FPGA被广泛用于数字化产品设计中、高速数字信号越来越普遍、总线技术由并行向高速串行总线发展、软件无线电使数字信号离天线越来越近。而这些必将为测试测量技术带来新的挑战。

安捷伦16800的推出就是针对当今的热门数字技术的测试，如FPGA动态探头、Digital VSA、信号完整性测量、协议分析等。安捷伦在其16800中内置了硬件加速电路，保证了控制和操作的快速响应，快速查找数据。

泰克公司也表示，该公司在几年前就意识到了数字射频技术在终端设备中应用的广泛性，但是正是这种广泛性使得RF信号更加多变，频谱监测更为复杂。如何处理基于DSP的数字RF装备、快速准确的捕获和分析突发和跳频等瞬变信号，成为当今乃至将来工程师所面临的重大挑战。

泰克公司生产的RSA6100A系列实时频谱分析仪，能够解决对各种瞬态信号的全面测试。该分析仪将实时性能、捕获带宽和动态范围结合于一体，满足了广泛的尖端数字RF应用的需求。通过其革命性的DPX数字荧光技术把大量实时数据转换成实时的RF频谱显示，可以及时发现以前看不到的射频信号及异常信号。与速度最快的扫频分析仪和矢量信号分析仪相比，其频谱测量速度提高了近1,000倍，实现了实时的观测射频信号。

NI的LabVIEW是一种用于开发测量和自动控制系统的图形化编程软件，其研发团队表示，未来将向更高阶段，即从贯穿从设计、原型、测试到生产全过程的“图形化系统设计”平台跃进，并重点关注多核处理、对定时和触发的表述、计算模型等技术发展趋势。

为了方便大家更好地了解各类领先半导体产品发展趋势，我们特意整理了除获奖产品外进入“年度最佳产品”入围的30款产品的特性描述，供大家参考。

作者：唐晓琪