數十億個處理器通過數字化轉型實現(xiàn)模擬轉換

有許多電子觀察家贊揚大量的數字芯片，這是有充分的理由的。當數十億個每個都在幾納米寬的微型晶體管協(xié)同工作時，發(fā)生了不可思議的事情。這些處理器通過數字化重塑了整個行業(yè)，從而實現(xiàn)了廣受吹捧的數字化轉型。但是，推動這一變化的數據從何而來？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的模擬轉換。

模擬技術可讀取讀數，連接無線設備并指揮聲音和運動。Analog還管理流經我們數字設備的電能。在我們的數字設備接觸現(xiàn)實世界的許多地方，都存在模擬。

模擬市場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，今天仍然存在。毫無疑問，分立器件有許多創(chuàng)新亮點，而更可靠的IGBT在功率開關中仍然起著至關重要的作用。RF晶體管使用諸如氮化鎵（GaN）之類的先進材料來獲得更高的頻率。但是，即使使用模擬EDA工具，分立晶體管設計仍需要深入的知識。

轉向優(yōu)化的集成功能

在運算放大器類別中，通用仍然是一回事。古老的LM741即將進入第七個十年。另一方面，專用運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。軌到軌的突破產生了較低的電壓運行，例如3.3 VDC，而不是曾經要求的±12 VDC。

還有針對特定應用的更高級的運算放大器。音頻是理想的用例，因為它的頻率范圍很窄，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)化待機功率并傳輸功耗。借助已經完成的模擬優(yōu)化，無線設計變得更加容易。

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

更高的集成度顯示出更多的模擬變化。首先從模數（A / D）和數模（D / A）轉換開始，這些轉換可從更緊密的集成中受益。運動控制是看到結果的領域之一。專用設備提供電流反饋，位置反饋，旋轉變壓器到數字轉換等。設計人員可以結合使用經過驗證的集成芯片，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主要重點，尤其是在尺寸，重量，功耗和成本（SWaP-C）很重要的地方。開關模式轉換效率可實現(xiàn)更小的設計，并具有更長的電池壽命。此外，集成的電源管理IC處理復雜系統(tǒng)設計中許多電源電壓的排序。

將數字權利帶入模擬接口

到目前為止，當今模擬轉換的最大力量是數字集成，它是比混合信號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字方式工作。數字集成正在推動模擬系統(tǒng)設計的巨大變化。

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轉換的模擬流，而在I2C或SPI上傳送數據。傳感器中的數字校準和補償功能使讀數隨時可以使用。采樣和濾波也是數字控制的。傳感器融合可以提高精度，例如，通過合并來自加速度計和陀螺儀的讀數。

MIMO天線和相控陣的趨勢也在推動變化。模擬前端（AFE）可以實現(xiàn)均衡，波束成形以及對陣列元件進行更多的RF處理。這種方法可以增強信道估計并優(yōu)化功率，并支持動態(tài)頻譜使用。

圖2RF數據轉換器結合了高性能模擬和數字信號處理功能，可用于多種無線設計。資料來源：ADI公司

傳感器系統(tǒng)也使用AFE進行配置。傳感器系統(tǒng)的另一個變化是機器學習（ML）。在大型傳感器網絡中，將所有數據發(fā)送到某個地方進行處理會消耗網絡帶寬。在這里，啟用了ML的傳感器可以完善控制模型，然后僅在需要時或出現(xiàn)越界條件時才發(fā)送原始數據。

數字優(yōu)先的設計師進來

最近，全球行業(yè)分析師預測，到2027年，2020年模擬IC市場的規(guī)模將達到563億美元，復合年增長率為4.8％。數位優(yōu)先的設計師看到，他們無需模擬專家即可使用這些集成部件。這種趨勢將以新穎而令人興奮的方式擴大市場。

沒有模擬，就沒有數字轉換。在Planet Analog上，我將專注于幫助制造商，IoT設計師和系統(tǒng)工程師發(fā)現(xiàn)，添加和使用模擬功能。這可能對某些模擬工程師也有幫助。在我們共同學習的過程中，我希望能收到您的來信。

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

編輯：hfy