逐次逼近型(SAR)ADC由于其極佳的信噪比和非線性，以及低功耗和無延遲等特性在工業(yè)自動化(軌道交通，電池化成，電機(jī)控制等)、能源(繼電保護(hù)，新能源逆變等)和儀器儀表(高線性度測量儀表，芯片測試設(shè)備ATE等)等領(lǐng)域得到了極為廣泛的應(yīng)用。

目前國產(chǎn)化SAR ADC大多沿襲了國際競品的原有電路架構(gòu)，難以避開國際競品的特有工藝而需要在非大陸晶圓廠流片，而且存在知識產(chǎn)權(quán)風(fēng)險(xiǎn)，在如今復(fù)雜多變的國際局勢下為供應(yīng)安全帶來了不確定性。更重要的是工業(yè)產(chǎn)品都需要長期可靠地工作，如果僅沿襲原有電路而對電路理解不透徹，也會為工業(yè)現(xiàn)場苛刻的工作環(huán)境下的可靠性埋下隱患，而且無法迭代更新產(chǎn)品。

士模SAR ADC產(chǎn)品CM2248、CM2268和CM2368采用士模原創(chuàng)的變增益放大器直驅(qū)SAR ADC內(nèi)核架構(gòu)(直驅(qū)direct-drive架構(gòu))，實(shí)現(xiàn)了較國際競品更高的信噪比和更低的功耗，并通過正向設(shè)計(jì)突破工藝瓶頸，實(shí)現(xiàn)了境內(nèi)流片，更大限度地保障了供應(yīng)安全。該系列產(chǎn)品已經(jīng)通過軌道交通客戶24個月、電力和其他工業(yè)客戶18個月的批量驗(yàn)證測試，在頭部客戶得到了廣泛的應(yīng)用。

產(chǎn)品亮點(diǎn)

CM2248、CM2268和CM2368是8通道高精度SAR ADC，內(nèi)置靈活的數(shù)字濾波器、低溫漂2.5V基準(zhǔn)電壓源、基準(zhǔn)電壓緩沖器以及高速串行和并行接口，1MΩ的高輸入阻抗以及片內(nèi)濾波器，可以極大簡化外圍電路設(shè)計(jì)。

CM2248具有16位分辨率，200kSPS采樣率，±10V檔位下SNR高達(dá)92dB，采用5V單電源供電，可以處理±10V、±5V真雙極性輸入信號。輸入鉗位保護(hù)電路可以承受高達(dá)±18.5V的電壓。

CM2268和CM2368分別具有16位和18位分辨率、雙極性輸入、1MSPS采樣率，都可以處理單端±12.5V、±10V、±5V、±2.5V和差分±25V、±20V、±12.5V、±10V、±5V真雙極性輸入信號。輸入鉗位保護(hù)電路可以承受高達(dá)±19.5V的電壓。

CM2248、CM2268和CM2368與國際競品的性能對比(如表1所示)，在同等分辨率和采樣率下，其SNR較國際競品提高2dB，同時CM2268和CM2368在功耗上較國際競品降低30%。這些測試結(jié)果充分展示了士模原創(chuàng)的直驅(qū)direct-drive架構(gòu)的優(yōu)勢。

士模自主設(shè)計(jì)且量產(chǎn)的SAR ADC還包括CM2249(競品AD7616)、CM2322(競品AD7982)、CM2220(競品AD7980)、CM2219(競品AD7699)和CM2209(競品AD7689)等。其中CM2248和CM2249已經(jīng)通過了廣五所的AQKK安全可控認(rèn)證。

技術(shù)亮點(diǎn)

變增益放大器直驅(qū)SAR ADC內(nèi)核架構(gòu)

AD7606和AD7606C的芯片架構(gòu)均采用三個級聯(lián)的電路模塊，即：變增益放大器+ADC驅(qū)動器+SAR ADC內(nèi)核。為了實(shí)現(xiàn)高精度，SAR ADC內(nèi)部通常使用很大的采樣電容(如圖1中的Cs)來降低采樣噪聲，因此需要專門的ADC驅(qū)動器。這種傳統(tǒng)解決方案雖然可以滿足驅(qū)動力的需求，但驅(qū)動級電路中的電阻負(fù)反饋放大器(如圖1中的 Rs、RF和運(yùn)放)增大了功耗和以及噪聲，導(dǎo)致信號鏈路信噪比下降。

為了提升信噪比并降低功耗，士模采用自主創(chuàng)新的變增益放大器直驅(qū)SAR ADC內(nèi)核架構(gòu)(直驅(qū)direct-drive架構(gòu))。信號鏈路精簡為“變增益放大器+SAR ADC內(nèi)核”，移除了ADC驅(qū)動器及其額外噪聲和功耗。同時，士模對變增益放大器和SAR ADC的連接方式進(jìn)行全新設(shè)計(jì)，解決驅(qū)動力問題。具體創(chuàng)新技術(shù)點(diǎn)包括采樣重構(gòu)技術(shù)、采樣軟開關(guān)技術(shù)、噪聲阻斷技術(shù)等，這些關(guān)鍵技術(shù)創(chuàng)新使得直驅(qū)direct-drive架構(gòu)成為可能，滿足客戶對SAR ADC高精度、高信噪比和低功耗的需求。直驅(qū)direct-drive架構(gòu)和相關(guān)創(chuàng)新技術(shù)點(diǎn)已經(jīng)獲得多項(xiàng)發(fā)明專利保護(hù)。

可靠性設(shè)計(jì)

為滿足工業(yè)客戶對產(chǎn)品可靠性的高要求，在功能設(shè)計(jì)的同時，需要對潛在的失效模式及機(jī)理進(jìn)行可靠性設(shè)計(jì)。以保護(hù)電路為例，CM2248采用了模擬輸入鉗位保護(hù)電路設(shè)計(jì)：各通道模擬輸入通過獨(dú)特的雙極性ESD電路設(shè)計(jì)，即使在單電源5V供電下，也可支持輸入信號幅度過壓達(dá)±18.5V。當(dāng)模擬信號輸入范圍在±18.5V之內(nèi)時，此鉗位保護(hù)電路不會開啟。一旦高于此電壓范圍，鉗位保護(hù)電路開啟，可迅速泄放電流。得益于此ESD電路設(shè)計(jì)，各通道模擬輸入HBM電壓可達(dá)8KV。

SAR ADC配套產(chǎn)品

放大器

CM4101(對標(biāo)OP27)，3nV/√Hz@1kHz低噪聲，雙極性工藝以其出色的噪聲性能和低失調(diào)電壓，非常適合作為SAR ADC的驅(qū)動電路。

CM4132(對標(biāo)AD8606)，最大失調(diào)電壓100μV，遠(yuǎn)小于國際競品，其超低偏流、失調(diào)電壓和寬帶寬，非常適合光傳感器調(diào)理電路。

基準(zhǔn)源

CM5102(對標(biāo)AD780)，可以選擇性輸出2.5V和3V電壓，最大溫漂5ppm(-55℃~125℃)，可以滿足絕大多數(shù)場景。

CM5405(對標(biāo)LT1021)，可以輸出5V電壓，最大溫漂3ppm(-55℃~125℃)，更能滿足工業(yè)醫(yī)療等應(yīng)用場景。

LDO

CM6111(對標(biāo)LT3042)，200mA，其超低噪聲和高PSRR(79dB@1MHz)，可以完美的匹配高精度信號鏈需求。

CM6511(對標(biāo)LT1964)，200mA，負(fù)壓，可以滿足工業(yè)現(xiàn)場雙極性輸入的要求。

質(zhì)量與服務(wù)

對高性能的極致追求也包含了對質(zhì)量的嚴(yán)謹(jǐn)態(tài)度，只有精益求精的工匠精神才能做到兩者的兼顧。為滿足工業(yè)客戶對產(chǎn)品一致性、穩(wěn)定性和可靠性的高要求，士模已經(jīng)建立整套從研發(fā)設(shè)計(jì)、實(shí)驗(yàn)室測試、批量生產(chǎn)驗(yàn)證測試到客戶應(yīng)用參考設(shè)計(jì)及支持、售后失效分析等產(chǎn)品全生命流程的支持和服務(wù)體系。

質(zhì)量保障

• 產(chǎn)品質(zhì)量：工程階段/量產(chǎn)階段/產(chǎn)品生命周期內(nèi)均對產(chǎn)品的制成能力/SPC/PFMEA/Control Plan/變更管理有明確的管控要求及效果確認(rèn)。

可靠性及失效分析：參考工規(guī)/車規(guī)的可靠性標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行嚴(yán)苛的Qual及量產(chǎn)監(jiān)控可靠性，具備失效分析流程及第三方合作的實(shí)驗(yàn)室。

• 售后質(zhì)量：按照2485原則處理客戶訴求及現(xiàn)場支持分析，建立可追溯性管理制度進(jìn)行異常追蹤及品質(zhì)管理；遵循J-STD-046進(jìn)行變更管理。

技術(shù)服務(wù)

• 系統(tǒng)解決方案：工業(yè)現(xiàn)場應(yīng)用場景的多樣化，對信號采集系統(tǒng)的要求也是多樣的。士模FAE團(tuán)隊(duì)擁有一流的從原理圖、PCB到嵌入式開發(fā)的技術(shù)背景，目前在北京、上海、蘇州、武漢和深圳均有貼近客戶的布局，可以和客戶一起設(shè)計(jì)、驗(yàn)證和實(shí)現(xiàn)各種不同信號采集系統(tǒng)的解決方案。
• 全方位技術(shù)支持：發(fā)揮產(chǎn)品全正向設(shè)計(jì)的優(yōu)勢，依托扎根于國內(nèi)市場的研發(fā)、AE和FAE團(tuán)隊(duì)，士模可以為客戶提供一站式技術(shù)服務(wù)，及時解決客戶在產(chǎn)品應(yīng)用過程中的技術(shù)問題。