電子發燒友網報道（文/李寧遠）隨著5G、人工智能、物聯網、汽車電子等新興應用的崛起，高速數據轉換系統愈發常見。在一個高速數據轉換系統中，放大器、DAC、ADC這些都是必不可少的，ADC作為信號鏈核心，其重要性不言而喻。

高速ADC設計在架構上不盡相同，每一種結構在性能特性和可交換位兩方面都有不小的差異。不同結構的分辨率、速度、復雜度對ADC的設計影響很大，高速數據轉換系統選擇什么樣的ADC是實現系統最佳性能的關鍵。

不同的高速ADC結構

高速ADC結構通常采用閃存、逐次逼近和分級比較三種結構，這三種結構因為特殊工藝和基本電路上有很多不同，因此在精確度、動態性能、窗口效應、簡化性和成本上各有優劣。

在所有高速轉換結構中，上限最快的就是閃存結構，又稱并行結構，因為在閃存ADC中進行的轉換只在單一方向上進行，突出一個采樣速率的快，現在做高速ADC大多都采用這種結構。

這種結構的ADC所有位的轉換同時完成，其轉換時間主取決于比較器的開關速度、編碼器的傳輸時間延遲等。閃存ADC的分辨率每高一位，其設計復雜程度以及成本都會大大增加。典型的8位分辨率下其成本已經很高，現在也有超過10位分辨率的閃存轉換器，價格更高。閃存ADC分辨率每提高一位，內部比較器數量就需要加倍，功耗隨著比較器增多而增大也是必然的。CMOS技術通常用來設計低耗高速的閃存ADC，因為CMOS比較器阻抗特性很高，但這種降低功耗的技術存在補償偏高的弊端。在閃存ADC高速轉換設計中有很多這種綜合考慮后的折中設計，想提高精確度，功耗和面積就不可避免地增加，減少功率耗散就需要適當降低速度。

逐次逼近結構，一個很流行應用很廣泛的結構，得益于它的性價比很高，能在成本范圍內實現很高的轉換性能。采用這種結構，ADC的性能變化范圍很大，分辨率可以從8位變化到16位，轉換速率可以從400ns變化到25μs。

逐次逼近ADC設計中雙極技術、CMOS技術和BIMOS技術都有應用，分別對應低噪高速、低耗高速等不同的電路。逐次逼近ADC結構有一個不同于其他ADC結構的特點，就是其ADC的線性度依賴于數模轉化器的線性度。精密DAC的發展相當程度上給逐次逼近ADC帶來了不少好處，最明顯的好處就是就是逐次逼近ADC相對于其他結構有更寬的溫度范圍。不過逐次逼近ADC在轉換信號前要求信號經過調理，需要額外的增益級和濾波。

分級比較ADC當轉換速率需要高分辨率時，轉換速率可以比逐次逼近要快得多，有著良好的低失調和線性，能夠大大簡化電路。但是分級比較ADC對電路工藝要求很高，電路設計得稍不合理就會影響增益的線性、失調和其他參數。

ADC市場發展

ADC屬于信號鏈模擬芯片，是模擬芯片的核心細分領域，近幾年全球信號鏈模擬芯片和轉換器產品的市場規模在不斷擴大，作為轉換器產品的核心部件，ADC的市場規模也在同步擴大。根據貝哲斯咨詢統計，2022年全球模數轉換器市場規模到達到了198.1億元人民幣，并預估到2028年市場規模將以年復合增長率5.48%的增速達到270.87億元。

根據Tech Insight的數據，當前ADC芯片的主要下游需求為通信設備領域（35%以上）、汽車電子（22%）、工業（20%）、消費電子（10%）。其中高速ADC出貨量占總出貨量不到10%，但占據整個行業近50%的銷售額。

未來幾年，支撐ADC芯片增長的主要驅動因素是5G、人工智能、物聯網傳感、汽車電子等新興領域，這些新興領域對信號處理的需求（速度、精度、噪聲等）正在迅速提升。5G是新興領域中的主要戰場。不光是5G基站，還是和5G相關的應用產品，都需要大量的高速ADC芯片，單個5G基站的ADC芯片使用量就多達兩位數，5G市場對高速ADC的海量需求肉眼可見。

汽車電子也是一個可觀的ADC增量市場，智能駕駛系統中有不少ADC芯片的應用。在電動汽車飛速發展的帶動下，汽車電子在整車中的成本占比越來越高，對高性能ADC的需求也很明顯。不同于工業級、消費級ADC，車規級ADC的門檻更高，性能、可靠以及安全功能認證一樣都少不了，傳統的ADC大廠在這一塊優勢巨大。

ADC市場格局一如既往的穩定，ADI和TI兩大龍頭不論在技術實力、產品類別還是新品創新上都是絕對優勢，占據著9成以上的市場份額。國內隨著政策對集成電路產業的重視，近年來中國的芯片產業發展迅速，不少國產廠商展露頭角，推進著ADC的部分國產替代。

各廠商高速ADC動向

TI：多類別高速ADC新品發布

過去一年，TI發布了15款不同料號的高速模數轉換器芯片，這還不包括一些針對具體應用的集成AFE。這些高速ADC速率覆蓋從最小10MSPS到最高10.4GSPS，每個速率等級都有新品覆蓋。這些芯片配置上非常注重小型化，晶圓級芯片封裝簡化了整個器件的布局并能降低成本，讓這些高速ADC能適應任何空間受限的應用。

ADI：高速ADC進一步提升整體性能

近一年ADI發布了21款ADC新品，其中高速ADC有2款。其中AD9213S高速ADC實現了動態范圍和線性度性能的結合，同時功耗進一步降低。ADI采用專有校準和隨機化技術，抑制了混入其本底噪聲的交錯式雜散偽像，并通過片內擾動和校準組合保持線性度性能，從而在各種輸入信號條件下帶來出色的無雜散性能。ADI在大幅提高數據吞吐量和帶寬的同時盡可能減小功耗和尺寸，展現了行業領先的技術實力。

芯佰微電子：針對雷達、電網應用持續推出高速ADC

芯佰微的ADC多用于雷達系統、電網等領域，精度和速率覆蓋的范圍較廣，旗下高速ADC采樣率最高可覆蓋至1.5GSPS。該料號產品采用了時間交替模式，因此達到了達到兩倍的采樣率。目前芯佰微的高速ADC在激光雷達上有不少應用。


迅芯微電子：主攻超高速

蘇州迅芯微電子主攻超高速，主要做6至14位分辨率的高速ADC，在高速這一領域上處于國內領先的位置。旗下高速ADC采樣速率有2GSPS、10GSPS，最高達到30GSPS，精度在6bits-8bits之間。在國內超高速ADC領域內，迅芯微電子器件有不錯的技術優勢，目前在往集成化ADC芯片開拓。

芯熾科技：3GSPS高速ADC新品發布

芯熾科技旗下有不少高速ADC產品，此前最高采樣率可以做到1GSPS。2022年8月初，芯熾科技展示了一款型號為SC10D9501的低功耗高性能ADC，分辨率10bit，單通道可以實現3GSPS采樣率，是一次不小的突破。

小結

做ADC需要深厚的技術積累，同時還要不斷迭代、磨煉，這些都并非易事。如何在提升采樣率的同時盡可能減小功耗和尺寸，是每一個ADC廠商都在攻克的課題。隨著新興領域對高速ADC需求的提升，肯定會帶動國內高速ADC產品的加速突破，這一點值得期待。