電子發燒友網報道（文/梁浩斌）ADC是連接模擬世界和數字系統的橋梁，是信號鏈芯片中的核心。如何提高ADC的采樣率（速度）、分辨率（精度），同時又降低功耗，是各大模擬廠商技術迭代的方向，高速高精度ADC也是國際上模擬芯片巨頭最高的技術壁壘之一。

最近海思推出了一款SAR ADC，就實現了高采樣率和高分辨率的“雙高”指標，刷新了國產ADC的性能極限。

2MSPS、24位SAR ADC，突破國產ADC性能極限

海思這次推出的SAR ADC型號為AC9610，采樣率達到2MSPS，可確保精準捕獲μs級瞬態信號；采樣精度更是達到24bit，可精準識別0.5uV弱小信號的差異；INL誤差僅為±0.9ppm。

同時憑借創新的低噪聲設計，該芯片在2MSPS采樣率下可達到103.5dBFS的SNR，在1Ksps采樣率時更是高達138dBFS，即便在強干擾環境下依然能夠分辨目標信號與噪聲信號。通過先進的封裝設計技術，AC9610支持-40°C~125°C寬溫工作，同時保證低溫漂，確保工業復雜環境下仍能正常運行。

當然，除了工業應用，醫療設備、高端儀器儀表、精密傳感器等都需要用到高采樣率高采樣精度的ADC。海思表示，醫療裝備領域中無論是關乎疾病精準診斷的醫學影像設備，如 CT、MRI，還是用于生命體征監測的各類儀器，數據采集的速度與精度直接關聯著患者的生命健康，只有準確且迅速地捕捉生理信號，才能為臨床決策提供可靠依據。

SAR ADC（Successive Approximation Register Analog-to-Digital Converter，逐次逼近寄存器型模數轉換器）是通過逐次逼近的方式將模擬信號轉換為數字信號，廣泛應用于嵌入式系統、傳感器接口、工業控制等領域。

在SAR ADC工作時，首先是對輸入的模擬電壓進行采樣并保持，然后從最高有效位（MSB）開始，通過內部數模轉換器（DAC）生成參考電壓，與輸入電壓比較。

比較器判斷輸入電壓是否大于參考電壓，如果輸入電壓更大，則保留當前位為1，并增加下一次的參考電壓；如果輸入電壓更小，則將該位設為0，并降低參考電壓。通過重復這個過程，依次來確定每一位的值。經過N次比較（N為ADC的采樣精度位數）后，逐次逼近寄存器中的數字值即為最終轉換結果。

SAR ADC的優勢在于其結構相對簡單，功耗較低，轉換速度較快，適用于不需要極高轉換速率的應用場景。此外，它們不需要復雜的抗混疊濾波器，因為它們本質上是采樣－保持設備。

相比Delta-Sigma ADC，SAR ADC速度更快，延遲更低，但一般分辨率較低（Delta-Sigma ADC一般在24位以上）。由于其平衡的性能和低功耗特性，SAR ADC成為許多嵌入式系統的首選ADC類型，適用于多通道、高速、中等精度場景，比如工業控制、數據采集系統等。

ADC在采樣率和分辨率兩個核心參數上，基本上可以說是“平衡的藝術”。當提升了采樣率，分辨率就難以避免地降低；而提高了分辨率，采樣率就需要下降。一個生活中常見的場景就是：HDMI2.1標準的線纜，可以最高支持8K/60Hz的視頻傳輸，而當分辨率下降到4K時，就可以傳輸120Hz的視頻。

所以海思AC9610的推出，在SAR ADC高速的優勢下，兼顧24位的高精度，在采樣率和采樣精度上同時實現了高指標，突破了SAR ADC性能的限制，追趕上國際領先水平。更高性能的ADC，能夠為工程師提供新的解決方案，真正實現高速高精度的精密信號采集系統。

國產ADC產業鏈正在快速崛起

實際上高精度、高采樣率ADC，過去也是國產模擬芯片的一個短板之一。高速ADC/DAC市場幾乎被TI、ADI（收購Maxim）二家公司所壟斷，占國內市場超過90%份額。同時，在美國的出口管制清單中，也包含了一些高分辨率、高速ADC產品，比如采樣速率400MSPS以上的12-14bits ADC。

這次海思推出的AC9610，從規格和參數指標推測，可能是對標ADI此前推出的AD4630-24。這款ADI的SAR ADC產品同樣具備2MSPS采樣率，24bit采樣精度以及0.9ppm的INL精度，SNR典型值為105.7 dB。

隨著國產替代的需求，國內近年來其實也有不少廠商推出了技術指標能夠對標海外領先水平的產品，包括芯海、思瑞浦、圣邦微、納芯微、聯影微電子等都推出了豐富的工業、車規應用的ADC產品，并已經實現大規模的出貨應用。

比如芯海科技去年推出的CS1795x系列SAR ADC產品，該系列產品規格為12bit、1MSPS速率，支持4/8/12/16通道，信噪比SNR為68.5dB。CS1795x系列還成功通過AEC-Q100車規認證，產品適用于BMS、工業自動化、醫療設備等多個應用。

納芯微去年10月推出的多通道24/16位、低功耗、高精密 Delta-Sigma 型ADC，NSAD124x和NSAD114x 系列，具有3ppm積分非線性和高達23.4位的有效分辨率，專為滿足工業級高精度測溫需求而設計。

過去國內SAR ADC以12bit/16bit為主，24bit的產品雖然也有多家廠商推出，但采樣速率均遠低于2MSPS。

當然參數還要看具體應用場景，比如在激光雷達的應用中，采用ToF測距技術時，測距精度直接取決于ADC的采樣速率，因此往往會采用采樣速率1Gsps以上的高速ADC，但相對精度要求較低，一般是8bit。

比如目前市面上激光雷達中比較常見的ADC08D1000，這顆來自TI的高速ADC分辨率為8bit，支持雙路1Gsps或單路2Gsps的采樣速率。

在高速ADC領域，目前國內芯佰微、靈矽微、迅芯微電子、時代民芯、芯熾科技等廠商均推出了1Gsps以上速率的高速ADC產品。

比如靈矽微在2020年成功流片了8bit、1GSPS采樣速率的高速、低功耗ADC，并宣布已經獲得激光雷達客戶百萬元訂單。靈矽微表示這款ADC是國內唯一正向設計的1GSPS 8bit ADC產品，速度精度一致的情況下，與ADI、TI同類產品相比，功耗降低70%，高溫適用范圍提高20℃，完美適應激光雷達以及示波器客戶的需求。

芯熾科技在2022年推出的SC10D9501低功耗高性能ADC，分辨率為10bit，雙通道采樣率也高達1.5GSPS，單通道更是可以實現3GSPS采樣率（DES模式）。該芯片單路1.9V電源在1.5GSPS的非多路復用模式下典型功耗為2.19瓦，芯熾科技表示與國外同類型產品相比，SC10D9501面積降低70%，功耗降低50%，高低溫性能優越。

寫在最后：

高性能高精度ADC在工業自動化、醫療設備、高端測量儀器中是關鍵部件，ADC直接影響到設備的工作性能。作為模擬芯片中的重要一環，要做好ADC并不容易。除了本身在工藝、設計上需要有多年的技術迭代積累，如何在市場上與早已成熟的海外大廠產品進行競爭，這需要國內模擬芯片廠商緊貼市場需求，堅持正向研發。

在過去幾年時間里，隨著國產替代需求的爆發，本土模擬廠商已經加速了高性能ADC產品的開發，目前在工業、汽車、醫療等應用領域都基本已經實現覆蓋。

而高端的ADC產品專利壁壘較大，同時更加需要制造端和設計端的緊密協同，相信在本土模擬芯片廠商的努力下，國產高端ADC的“空白”將會越來越少。