在芯片高度集成化的大勢下，基礎(chǔ)模擬器件走高精尖的路子能否“逆流而上”？

隨著電子設(shè)備向著多功能和小型化發(fā)展，電子元器件在縮小尺寸的同時(shí)也將更多功能進(jìn)行集成，從而減少外圍器件的數(shù)量，簡化用戶的電路設(shè)計(jì)。然而，電子設(shè)備的功能復(fù)雜化也對電子元器件，尤其是基礎(chǔ)模擬電子元器件的性能、功耗、效率提出了更高的要求。

例如，通信設(shè)備一旦停機(jī)，用戶端就會(huì)陷入一片混亂，設(shè)備廠商和運(yùn)營廠商為了保證系統(tǒng)持續(xù)運(yùn)行，需要處理器監(jiān)控電路，實(shí)時(shí)監(jiān)控電源電壓的故障，出現(xiàn)問題馬上進(jìn)行系統(tǒng)重啟；醫(yī)院中的病人體征參數(shù)需要實(shí)時(shí)監(jiān)測，如果測量精度不準(zhǔn)，非常容易引起醫(yī)療事故，因此醫(yī)療設(shè)備需要信號(hào)調(diào)理電路，確保系統(tǒng)不用反復(fù)校準(zhǔn)；工業(yè)領(lǐng)域正在從集中式控制向分布式控制發(fā)展，工廠的各個(gè)角落都需要監(jiān)控模塊，而且每個(gè)模塊需要獨(dú)立工作，且性能和準(zhǔn)確度都要得到保障。

為了滿足以上更高的需求，需要接口、調(diào)節(jié)器、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器、信號(hào)調(diào)節(jié)、監(jiān)控器、溫度傳感器等多種通用模擬器件為各類應(yīng)用提供支持，并保證實(shí)現(xiàn)高能效、精密測量、穩(wěn)定互聯(lián)、可靠保護(hù)。Maxim 核心產(chǎn)品事業(yè)部執(zhí)行業(yè)務(wù)總監(jiān) David Andeen 預(yù)計(jì)，高性能技術(shù)模擬器件是系統(tǒng)設(shè)計(jì)者成功的關(guān)鍵，未來的各種應(yīng)用對高性能器件的需求越來越強(qiáng)烈。我們的創(chuàng)新是在芯片中創(chuàng)建最高性能的、單一功能的集成電路。

Maxim 核心產(chǎn)品事業(yè)部執(zhí)行業(yè)務(wù)總監(jiān) David Andeen

通過nanoPower技術(shù)支持客戶的四大需求

模擬設(shè)計(jì)以復(fù)雜著稱，工程師要想又好又快地完成產(chǎn)品設(shè)計(jì)，需要多年的經(jīng)驗(yàn)積累，Maxim 為此成立了核心產(chǎn)品事業(yè)部，目標(biāo)就是創(chuàng)建最高性能的基礎(chǔ)模擬器件，幫助終端用戶節(jié)省時(shí)間和精力，使其專注于自身的產(chǎn)品構(gòu)建。

Nano power 技術(shù)是 Maxim 的一個(gè)產(chǎn)品系列，包括電源產(chǎn)品、放大器、RTC 等產(chǎn)品，其最大的特點(diǎn)就是靜態(tài)功耗低于 1 微安。David 強(qiáng)調(diào)，“我們部門的目標(biāo)是把電源轉(zhuǎn)換效率和精度做到最高，滿足用戶對高能效、高精密測量、穩(wěn)定互聯(lián)和可靠保護(hù)的需求?！?/p>

Maxim 的 MAX16155 是業(yè)界最低功耗的 nanoPower 監(jiān)控器，其耗流典型值僅為 400nA，是競爭方案所需供電電流的 4%，在幾乎零功耗的狀態(tài)下提供可靠系統(tǒng)保護(hù)。器件通過監(jiān)測系統(tǒng)電路的欠壓故障，并利用看門狗定時(shí)器在故障狀態(tài)下使系統(tǒng)保持復(fù)位狀態(tài)，確保便攜式、低功耗設(shè)備在發(fā)生電源故障或軟件故障時(shí)安全工作。IC 采用微型、6 引腳 SOT23 封裝。針對 MAX16155 僅是競爭方案所需供電電流的 4%這一參數(shù)，David 做了解釋，“參考基準(zhǔn)電流是 400nA，此產(chǎn)品的靜態(tài)電流是 57nA。一般電源需要用到分壓電阻，會(huì)消耗功率，因此無法做到 nano，外部電路需要用很大的電阻，在啟動(dòng)時(shí)會(huì)讀電阻值，我們采用芯片啟動(dòng)方式，啟動(dòng)后會(huì)斷開外部電阻，處于省電模式，功耗會(huì)大大降低?！?/p>

除了 MAX16155，Maxim 還推出了 MAX6078A 電壓基準(zhǔn) IC 和 MAX16160 電壓監(jiān)測器。其中，MAX6078A 具有±0.04%初始精度，精度比同類競爭產(chǎn)品的高 20%，靜態(tài)電流僅為 15μA，使得電池供電和能量收集系統(tǒng)的精密測量成為可能。器件的工作電流比最接近的競爭產(chǎn)品低 6.6 倍，方案尺寸僅為 1.458mm x 1.288mm，比競爭方案小 58%。使精密電壓基準(zhǔn)在嚴(yán)苛的電池功率預(yù)算下提供工業(yè)級(jí)高精度方案。

MAX16160 業(yè)界唯一一款“無供電上電”四通道電壓監(jiān)控器及復(fù)位 IC，當(dāng)四路電源軌的任何一路高于 1V 時(shí)即可保持低電平復(fù)位，這一特點(diǎn)對容錯(cuò)系統(tǒng)應(yīng)用至關(guān)重要，可以為 VCC 電源軌上電提供靈活性。David 指出，“該款芯片憑借確定的低電平復(fù)位輸出，提供業(yè)界最可靠的多電源系統(tǒng)上電啟動(dòng)和連續(xù)工作模式。這種“無供電上電”特性避免了系統(tǒng)的不確定狀態(tài)，工程師可以輕松配置各路電源的上電順序。所有輸入電壓監(jiān)測精度為±1%，比競爭產(chǎn)品 (通常所有輸入的精度為±1.50%) 提高 50%。器件采用 6 焊球 WLP (1.408mm x 0.848mm) 封裝，比最接近的競爭產(chǎn)品減小 85%。”

為了方便用戶采用這些基礎(chǔ)模擬器件進(jìn)行設(shè)計(jì)，Maxim 還提供包括 20 條產(chǎn)品線在內(nèi)的基礎(chǔ)模擬工具包，幫助用戶加快產(chǎn)品設(shè)計(jì)速度。

基礎(chǔ)模擬產(chǎn)品邁上“高精尖”是一大發(fā)展趨勢

在芯片普遍高度集成化的大趨勢下，基礎(chǔ)模擬器件守著“高精尖”是否會(huì)打出一片天地？David 表示，“這確實(shí)是一大發(fā)展趨勢，雖然高度集成芯片集成了很多功能，但是用戶開發(fā)的復(fù)雜度越來越高，有些功能未必需要。大公司對產(chǎn)品的設(shè)計(jì)概念很清晰，可以做定制化高集成度產(chǎn)品，比如 ASIC、ASSP 等，但是小公司一般預(yù)算不足，難以支持高集成度產(chǎn)品的定制開發(fā)，高性能基礎(chǔ)模擬器件能夠讓他們達(dá)到自己的產(chǎn)品設(shè)計(jì)性能，并降低成本；另外，如果大客戶要讓產(chǎn)品達(dá)到更高性能，把模擬器件整合到一起也很難實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)?！?/p>

“除此之外，在模擬領(lǐng)域產(chǎn)品尺寸小型化也是一大趨勢，尺寸縮小的同時(shí)功耗也要同步降低 ” David 補(bǔ)充。

設(shè)計(jì)高性能芯片也面臨很多挑戰(zhàn)，工藝不同，會(huì)出現(xiàn)干擾問題，雖然單芯片性能非常突出，Maxim 同樣的 IP 在做集成時(shí)性能是否會(huì)打折扣？David 表示，Maxim 的 IP 在公司中是共享的，如果用于做集成產(chǎn)品，有可能在性能上打折，但是要考慮實(shí)際的應(yīng)用。

創(chuàng)新和服務(wù)是贏得用戶的最大砝碼

核心產(chǎn)品事業(yè)部成立之初，有很 600 多款流行的產(chǎn)品劃到這個(gè)部門，隨著產(chǎn)品數(shù)量的增加，用戶在設(shè)計(jì)中進(jìn)行選型會(huì)出現(xiàn)困難，為了幫助客戶更快速進(jìn)行產(chǎn)品設(shè)計(jì)，Maxim 為用戶提供了 EE-Sim 工具，可以幫助用戶生成一個(gè)交互式示意圖，其中包含可以調(diào)整的組件。EESIM 具有一個(gè)高效的模擬引擎，每個(gè)設(shè)計(jì)迭代可以在幾分鐘內(nèi)模擬。所得到的波形，如波特圖和電壓圖，可用于所包含的波形查看器中的分析。對于電源產(chǎn)品，用戶只需輸入電壓、輸出電壓、輸入電流、輸出電流，EE-Sim 工具就可以提供電源表格。

左：EE-Sim 工具；右：基礎(chǔ)模擬器件套裝盒

模擬器件市場的競爭也非常激烈，Maxim 看到這一市場需求，其他廠商也一定會(huì)隨后跟進(jìn)，如何最大限度發(fā)揮優(yōu)勢、脫穎而出成為關(guān)鍵點(diǎn)。David 認(rèn)為有兩點(diǎn)，第一要做最好的產(chǎn)品，滿足客戶的設(shè)計(jì)需求，第二要給予客戶周到的支持，提高用戶的使用便利性。

因此，Maxim 提供了一個(gè)產(chǎn)品套裝盒，用戶可以在盒子中找到 Maxim 各種最高性能的基礎(chǔ)模擬產(chǎn)品，還可以獲得各種設(shè)計(jì)資源，包括評(píng)估板、軟件支持、仿真工具等。