“健康”、“環(huán)保”是近年全球媒體報道中最熱門的關(guān)鍵詞之一，而這些熱點概念背后是巨大的產(chǎn)業(yè)商機，具體到電子行業(yè)而言包括家用及便攜醫(yī)療電子設(shè)備,、低功耗節(jié)能技術(shù)，如icle/index.aspx?id=22888">智能電表等等,。在首屆深圳集成電路創(chuàng)新應(yīng)用展上發(fā)表的“珠三角電子產(chǎn)業(yè)最新現(xiàn)狀及國產(chǎn)IC機會”的報告中,，智能電表和便攜醫(yī)療也分別成為了五大潛力應(yīng)用之一。該報告透露,，僅便攜式醫(yī)療設(shè)備深圳就有上百家相關(guān)制造商,，智能電表在深圳也匯聚了科陸電子、開發(fā)科技,、思達儀表,、龍電和浩寧達等國內(nèi)業(yè)界知名廠商。
然而,，一邊廂研討會討論的全球熱點,，而另一邊廂是本土IC參展商的“冷眼”——在本屆展會上幾乎難以見到本土集成電路設(shè)計企業(yè)相關(guān)的產(chǎn)品方案展示，僅深圳芯海科技展臺展出了單相防竊電數(shù)字電表和便攜醫(yī)療方案,，以及上海貝嶺展臺提供了數(shù)字電表相關(guān)解決方案,。何以現(xiàn)實可見的熱點卻成了剃頭匠的挑子一頭熱呢？“相對于展場中可見的大量電源,、LED驅(qū)動,、便攜娛樂產(chǎn)品方案而言，醫(yī)療電子具有很高的技術(shù)和市場門檻,。”某參展商副總經(jīng)理道出了其中原委,，而數(shù)字電表同樣具有類似的技術(shù)和市場門檻。
智能電表產(chǎn)品的核心芯片是計量芯片,，其關(guān)鍵技術(shù)是對互感器采集的電壓,、電流信號進行模數(shù)轉(zhuǎn)換。類似地,，對于眾多醫(yī)療電子產(chǎn)品來說,，大部分的工作機理都是利用對傳感器采集的病人生理信號進行數(shù)字轉(zhuǎn)換,，并通過后端的微處理器做出基本診斷，其中信號采集的模數(shù)轉(zhuǎn)換器也是其中的關(guān)鍵器件,，其性能決定了最終產(chǎn)品的整體性能,。
圖1：基于芯海CS7780芯片的單相防竊電電表典型應(yīng)用。
“目前,，具有高精度ADC設(shè)計技術(shù)的國內(nèi)企業(yè)寥寥，ADC的精度,、功耗,、抗干擾性、一致性與穩(wěn)定性都是非常具有挑戰(zhàn)性的關(guān)鍵技術(shù),，這導(dǎo)致了本土集成電路企業(yè)鮮有問津這些產(chǎn)品領(lǐng)域的,。”芯海科技設(shè)計部總監(jiān)劉小靈表示,。具體而言,，在高精度ADC設(shè)計中主要存在以下挑戰(zhàn)：量化噪聲及模擬部分各種器件的熱噪聲、1/f噪聲,，甚至數(shù)字電路隨時鐘節(jié)拍運行時產(chǎn)生的襯底噪聲和電源噪聲,，這些噪聲源都嚴重地影響高精度調(diào)制器的性能；高精度的ADC的高性能DSP濾波器模塊也起著至關(guān)重要的作用,，既要保證足夠高的信噪比,，又要考慮系統(tǒng)對信號的延遲；由于高精度ADC所探測的信號非常微弱,，必須要通過前置放大器對信號進行放大來提高信噪比,，而前置放大器在放大信號的同時自身也會產(chǎn)生噪聲，并且會限制系統(tǒng)的共模輸入范圍,，增加系統(tǒng)成本及功耗,。
圖2：基于CSU12xx和CUS10xx系列SoC的電子血壓計。
熟悉模擬電路設(shè)計的工程師都非常清楚,，解決這些技術(shù)挑戰(zhàn)通常依賴于工程師的設(shè)計經(jīng)驗,。 “芯海ADC相關(guān)產(chǎn)品的核心設(shè)計團隊均具有超過十年的模擬產(chǎn)品設(shè)計經(jīng)驗，這幫助我們克服了技術(shù)上的挑戰(zhàn),。”劉小靈指出,。據(jù)悉，該公司在上述關(guān)鍵技術(shù)攻關(guān)過程中共申請了“低溫度系數(shù)帶隙基準源”,、“信號采樣保持電路”,、“一種電壓調(diào)整裝置”、“門控時鐘產(chǎn)生電路”等多項專門針對高精度ADC的專利,。“例如,，為改進高精度Σ-Δ調(diào)制器的性能,，我們在模擬部分設(shè)計充分考慮了這些噪聲的調(diào)制和成型，創(chuàng)新性地使用了四階隨機斬波Σ-Δ調(diào)制器,，利用調(diào)制器后面的降采樣濾波器,，我們可以將高頻部分（基帶以外）的量化噪聲濾除，這樣我們就得到了信噪聲比極高的量化信號,。” 劉小靈進一步詳細闡述,。
目前，該公司的高性能ADC技術(shù)已經(jīng)獲得國內(nèi)超過千家整機廠商的采用,，廣泛應(yīng)用于工業(yè)過程控制,、衡器、便攜式醫(yī)療設(shè)備等領(lǐng)域,。據(jù)劉小靈透露,，該公司將分別在今明年針對國家電網(wǎng)和南方電網(wǎng)推出完全符合國內(nèi)標準的電力計量芯片CSE7780和CS77xx系列，目前CSE7780系列已經(jīng)進入流片階段并已完成完整方案原型設(shè)計,。明年該公司還將繼續(xù)推出專門針對血壓計市場的專用芯片和完整方案,。芯海科技在工業(yè)應(yīng)用領(lǐng)域已經(jīng)成功推出多個系列的集成高性能ADC技術(shù)的SoC方案,，為什么沒有針對電力計量應(yīng)用推出SoC方案呢,？“目前國內(nèi)數(shù)字電表基本上都沒有采用SoC方案，主要是主管機構(gòu)對可靠性方面的考慮,。”劉小靈指出,，“在市場出現(xiàn)對SoC方案一定接受度條件下，我們完全有能力即時推出相關(guān)方案,。”
作為電力計量和醫(yī)療應(yīng)用而言,，技術(shù)的門檻只是其一，而市場的門檻某些時候可能更高,，事實上,，集成電路設(shè)計企業(yè)中不乏具有較好技術(shù)而鎩羽而歸的案例。“除了具有完全的自主知識產(chǎn)權(quán),，我們在電表領(lǐng)域,、衡器領(lǐng)域耕耘多年，有豐富的客戶基礎(chǔ)與行業(yè)推廣經(jīng)驗,，”芯?？萍间N售總監(jiān)桑仁東指出，“我們將積極推行代理商的發(fā)展路線,，與本土有實力的整機企業(yè) 和IDH緊密合作,，給客戶提供更具綜合競爭優(yōu)勢的“Turn Key ”方案，體現(xiàn)本土領(lǐng)先IC設(shè)計公司的優(yōu)勢,。”對于如何克服市場門檻,，芯?？萍妓坪跻呀?jīng)成竹在胸。
權(quán)威數(shù)據(jù)顯示,，2012年至2015年僅國內(nèi)新安裝智能電表數(shù)就將達到8,000萬個,，而2009年中國醫(yī)療電子市場已經(jīng)超過200億元的規(guī)模。如此龐大的市場規(guī)模背后,，相關(guān)產(chǎn)品中卻鮮見本土集成電路的蹤影,。近年來，本土集成電路設(shè)計企業(yè)已經(jīng)成功實現(xiàn)在諸多領(lǐng)域為中國制造烙下中國創(chuàng)造的印跡,，相信隨著像芯?？萍歼@樣的本土企業(yè)在克服技術(shù)和市場的門檻后，會續(xù)寫同樣的精彩,。