數(shù)十億個(gè)處理器通過數(shù)字化轉(zhuǎn)型實(shí)現(xiàn)模擬轉(zhuǎn)換

有許多電子觀察家贊揚(yáng)大量的數(shù)字芯片，這是有充分的理由的。當(dāng)數(shù)十億個(gè)每個(gè)都在幾納米寬的微型晶體管協(xié)同工作時(shí)，發(fā)生了不可思議的事情。這些處理器通過數(shù)字化重塑了整個(gè)行業(yè)，從而實(shí)現(xiàn)了廣受吹捧的數(shù)字化轉(zhuǎn)型。但是，推動(dòng)這一變化的數(shù)據(jù)從何而來？在這種模擬概述的狀態(tài)下，正在發(fā)生一種不太明顯但意義深遠(yuǎn)的模擬轉(zhuǎn)換。

模擬技術(shù)可讀取讀數(shù)，連接無線設(shè)備并指揮聲音和運(yùn)動(dòng)。Analog還管理流經(jīng)我們數(shù)字設(shè)備的電能。在我們的數(shù)字設(shè)備接觸現(xiàn)實(shí)世界的許多地方，都存在模擬。

模擬市場(chǎng)的很大一部分處于穩(wěn)定狀態(tài)。像2N2222這樣的通用晶體管將我們中的許多人引入了模擬市場(chǎng)，今天仍然存在。毫無疑問，分立器件有許多創(chuàng)新亮點(diǎn)，而更可靠的IGBT在功率開關(guān)中仍然起著至關(guān)重要的作用。RF晶體管使用諸如氮化鎵（GaN）之類的先進(jìn)材料來獲得更高的頻率。但是，即使使用模擬EDA工具，分立晶體管設(shè)計(jì)仍需要深入的知識(shí)。

轉(zhuǎn)向優(yōu)化的集成功能

在運(yùn)算放大器類別中，通用仍然是一回事。古老的LM741即將進(jìn)入第七個(gè)十年。另一方面，專用運(yùn)算放大器已成為一件大事。有很多選擇：高精度，低功耗，更高的電流輸出等等。軌到軌的突破產(chǎn)生了較低的電壓運(yùn)行，例如3.3 VDC，而不是曾經(jīng)要求的±12 VDC。

還有針對(duì)特定應(yīng)用的更高級(jí)的運(yùn)算放大器。音頻是理想的用例，因?yàn)樗念l率范圍很窄，可以優(yōu)化性能。幾家制造商專注于具有超低噪聲和總諧波失真（THD）的音頻運(yùn)算放大器。

射頻功率放大器也正在增長。這些零件需要很少的外部組件，并且采用小包裝。它們通常優(yōu)化待機(jī)功率并傳輸功耗。借助已經(jīng)完成的模擬優(yōu)化，無線設(shè)計(jì)變得更加容易。

圖1線性化器IC使用PA輸出和輸入信號(hào)來自適應(yīng)地生成優(yōu)化的校正函數(shù)。Maxim Integrated

更高的集成度顯示出更多的模擬變化。首先從模數(shù)（A / D）和數(shù)模（D / A）轉(zhuǎn)換開始，這些轉(zhuǎn)換可從更緊密的集成中受益。運(yùn)動(dòng)控制是看到結(jié)果的領(lǐng)域之一。專用設(shè)備提供電流反饋，位置反饋，旋轉(zhuǎn)變壓器到數(shù)字轉(zhuǎn)換等。設(shè)計(jì)人員可以結(jié)合使用經(jīng)過驗(yàn)證的集成芯片，而不必重新發(fā)明通用零件的控制。

電源管理是集成的另一個(gè)主要重點(diǎn)，尤其是在尺寸，重量，功耗和成本（SWaP-C）很重要的地方。開關(guān)模式轉(zhuǎn)換效率可實(shí)現(xiàn)更小的設(shè)計(jì)，并具有更長的電池壽命。此外，集成的電源管理IC處理復(fù)雜系統(tǒng)設(shè)計(jì)中許多電源電壓的排序。

將數(shù)字權(quán)利帶入模擬接口

到目前為止，當(dāng)今模擬轉(zhuǎn)換的最大力量是數(shù)字集成，它是比混合信號(hào)fab工藝更廣泛的概念。消除模擬噪聲和變化的一種可靠方法是在可能的情況下以數(shù)字方式工作。數(shù)字集成正在推動(dòng)模擬系統(tǒng)設(shè)計(jì)的巨大變化。

MEMS傳感器越來越多地具有微控制器封裝。這些傳感器取代了需要外部A / D轉(zhuǎn)換的模擬流，而在I2C或SPI上傳送數(shù)據(jù)。傳感器中的數(shù)字校準(zhǔn)和補(bǔ)償功能使讀數(shù)隨時(shí)可以使用。采樣和濾波也是數(shù)字控制的。傳感器融合可以提高精度，例如，通過合并來自加速度計(jì)和陀螺儀的讀數(shù)。

MIMO天線和相控陣的趨勢(shì)也在推動(dòng)變化。模擬前端（AFE）可以實(shí)現(xiàn)均衡，波束成形以及對(duì)陣列元件進(jìn)行更多的RF處理。這種方法可以增強(qiáng)信道估計(jì)并優(yōu)化功率，并支持動(dòng)態(tài)頻譜使用。

圖2RF數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器結(jié)合了高性能模擬和數(shù)字信號(hào)處理功能，可用于多種無線設(shè)計(jì)。資料來源：ADI公司

傳感器系統(tǒng)也使用AFE進(jìn)行配置。傳感器系統(tǒng)的另一個(gè)變化是機(jī)器學(xué)習(xí)（ML）。在大型傳感器網(wǎng)絡(luò)中，將所有數(shù)據(jù)發(fā)送到某個(gè)地方進(jìn)行處理會(huì)消耗網(wǎng)絡(luò)帶寬。在這里，啟用了ML的傳感器可以完善控制模型，然后僅在需要時(shí)或出現(xiàn)越界條件時(shí)才發(fā)送原始數(shù)據(jù)。

數(shù)字優(yōu)先的設(shè)計(jì)師進(jìn)來

最近，全球行業(yè)分析師預(yù)測(cè)，到2027年，2020年模擬IC市場(chǎng)的規(guī)模將達(dá)到563億美元，復(fù)合年增長率為4.8％。數(shù)位優(yōu)先的設(shè)計(jì)師看到，他們無需模擬專家即可使用這些集成部件。這種趨勢(shì)將以新穎而令人興奮的方式擴(kuò)大市場(chǎng)。

沒有模擬，就沒有數(shù)字轉(zhuǎn)換。在Planet Analog上，我將專注于幫助制造商，IoT設(shè)計(jì)師和系統(tǒng)工程師發(fā)現(xiàn)，添加和使用模擬功能。這可能對(duì)某些模擬工程師也有幫助。在我們共同學(xué)習(xí)的過程中，我希望能收到您的來信。

在通用動(dòng)力公司的導(dǎo)彈制導(dǎo)系統(tǒng)上工作了十年之后，唐·丁格（Don Dingee）成為摩托羅拉（Motorola）的VMEbus和單板計(jì)算機(jī)技術(shù)的推廣者。他撰寫了有關(guān)Planet Analog的傳感器，ADC / DAC和信號(hào)處理的文章。

編輯：hfy