NS使CTSD走出实验室 引领ADC技术革新

      “15年来，CTSD技术一直是高校与业内的热门研究课题。采用连续时间 sigma-delta (CTSD) 技术的高速模拟/数字转换器（ADC）ADC12EU050芯片的推出意味着美国国家半导体(NS)成为首家成功将CTSD技术从实验室转移到实际生产应用领域的芯片厂商。美国国家半导体还计划推出更多采用CTSD技术的模拟/数字转换器产品，让成像系统、通信设备以及测试和测量仪表等电子产品能够以极低的功率发挥卓越的动态性能。” 美国国家半导体亚太区放大器产品市场经理龚铭潭充满信心地对《电子产品世界》记者表示。

美国国家半导体亚太区放大器产品市场经理龚铭潭

        龚经理介绍说，这款8通道、12位、50MSPS的ADC12EU050模拟/数字转换器属于美国国家半导体PowerWise高能效芯片系列产品。该产品的无混叠信号采样带宽达25MHz，并且功耗只有350mW，比原有的流水线型ADC的功耗降低了30%。这款芯片在低功率技术上取得新的突破，将延长便携式超声波医疗设备及工业用成像系统中电池的寿命，并降低设备的散热量。CTSD的优点在于不但可以添加信号调节等信号路径功能，而且可为模拟/数字转换器增添滤除混叠信号的滤波功能，大幅精简系统设计。ADC12EU050芯片的创新CTSD架构相比于传统的流水线架构有如下的优势：
        •更低功耗。

        •集成滤除混叠信号的低通、砖墙式滤波器，可将频带外的信号滤除。

        •易于驱动，采用纯电阻式输入级，无需外加采样及保持放大器。

        •集成锁相环路（PLL）和压控振荡器（VCO），可以执行时钟调节功能，让系统设计工程师可以采用成本经济的时钟电路。 

        •芯片内置实时超载恢复(IOR)电路。即使输入信号超过预设极限，也可在一个时钟周期内从饱和状态下恢复过来。

        对于《电子产品世界》记者提出的，CTSD技术的先进性如此之多，缘何15年来一直没能走出实验室为市场服务呢？对此，龚经理解释说，CTSD是一项较为复杂的技术，因此由研发至正式投入生产需要较长的时间。CTSD要面对现有技术如流水线技术的竞争，因此这种新技术必须在功能与特色方面都比现有技术优胜，才能受客户欢迎。早在上一世纪90年代初至90年代中期为止，采用CTSD技术的模拟/数字转换器只能支持低速的产品，例如数字音频系统。直至几年前，带宽高达10MHz以上的模拟/数字转换器才正式面世：例如，15MHz的型号在 2003年推出，而20MHz的型号则在2006年推出。设计CTSD技术时要面对的挑战：
        •内置调制环路的采样时钟速率较高，因此需要低抖动采样边缘的配合。由于美国国家半导体成功开发创新的电感式LC储能电路，因此可以提供如此低抖动的采样边缘。此外，内置的时钟调整电路可为高性能数据转换系统提供必要的低抖动时钟信号。
        •必须充分利用最先进的CMOS工艺技术，才可降低设计复杂的多级数字滤波器的生产成本，以及支持较高的内部采样率，确保输出采样率可以进一步提高。
        •为了可以提高数据输出率以及支持较高的分辨度，必须采用高速、可调谐、而且在任何情况下都能稳定操作的多级SD调制器。
        •虽然采用CTSD技术之后，放大器的技术要求便无需那么严格，但结构上仍需采用其他高精度电路。对于线路幼小、供电电压较低的CMOS工艺来说，面对的挑战会更为艰巨。
        同时，龚经理还向《电子产品世界》记者透露， NS公司能率先将CTSD技术应用到生产方面，推出CTSD ADC，源于对Xignal Technologies的收购。Xignal Technologies 公司一直在研究如何将CTSD技术应用到生产方面。这种技术的发展契机则在2007年1月，当时美国国家半导体成功并购该公司，并决定继续加强这方面的研究。之后，美国国家半导体便充分利用先进的集成电路设计、产品开发、测试和生产工艺等技术，终于在不足12个月内成功推出第一款可正常操作的硅片。
        ADC12EU050模拟/数字转换器可以提供高达25MHz的无混叠信号采样带宽，转换速度为40MSPS至50MSPS，信噪比及失真(SINAD)为68dB，信噪比为70dBFS。若以1.2V的供电电压及50MSPS的采样速度操作，这款芯片的单位通道的功耗为44mW，总功耗只有350mW。可编程串行输出具有业界标准低电压差分信号传输(LVDS)和可调节低电压信号传输(SLVS)两种模式可供选择。由于ADC12EU050采用可编程串行输出模式，可以大大简化互连设计。ADC12EU050芯片采用68引脚的 LLP 封装，大小只有10mm x 10mm，而且可在摄氏-40至85 度的温度范围内操作。目前已有样品供应，并定于2008年第3季开始批量供货，采购以1,000颗为单位，单颗价为64美元。

        当记者问及，CTSD ADC 虽然具有诸多优点，但在价格方面相比流水线ADC而言，是否具有优势呢？NS公司对此回答说，市场上刚刚发布的流水线ADC ，定价在 $61~$68。而NS的ADC12EU050定价为 $64。而且因为采用了全新的CTSD架构，速度更高，功耗比原有流水线产品低30% 。因此，NS的CTSD ADC芯片其实更具优势。

        龚经理充满信心地预期，基于CTSD的诸多技术优势，随着CTSD技术的发展，未来CTSD ADC将取代流水线ADC占领市场，广泛应用于医疗设备及工业用成像系统、测试测量、无线通信等系统中。