本站网报道（文/梁浩斌）ADC是连接模拟世界和数字系统的桥梁，是信号链芯片中的核心。如何提高ADC的采样率（速度）、分辨率（精度），同时又降低功耗，是各大模拟厂商技术迭代的方向，高速高精度ADC也是国际上模拟芯片巨头最高的技术壁垒之一。
最近海思推出了一款SAR ADC，就实现了高采样率和高分辨率的“双高”指标，刷新了国产ADC的性能极限。
2MSPS、24位SAR ADC，突破国产ADC性能极限
海思这次推出的SAR ADC型号为AC9610，采样率达到2MSPS，可确保精准捕获μs级瞬态信号；采样精度更是达到24bit，可精准识别0.5uV弱小信号的差异；INL误差仅为±0.9ppm。
同时凭借创新的低噪声设计，该芯片在2MSPS采样率下可达到103.5dBFS的SNR，在1Ksps采样率时更是高达138dBFS，即便在强干扰环境下依然能够分辨目标信号与噪声信号。通过先进的封装设计技术，AC9610支持-40°C~125°C宽温工作，同时保证低温漂，确保工业复杂环境下仍能正常运行。
当然，除了工业应用，医疗设备、高端仪器仪表、精密传感器等都需要用到高采样率高采样精度的ADC。海思表示，医疗装备领域中无论是关乎疾病精准诊断的医学影像设备，如 CT、MRI，还是用于生命体征监测的各类仪器，数据采集的速度与精度直接关联着患者的生命健康，只有准确且迅速地捕捉生理信号，才能为临床决策提供可靠依据。
SAR ADC（Successive Approximation Register Analog-to-Digital Converter，逐次逼近寄存器型模数转换器）是通过逐次逼近的方式将模拟信号转换为数字信号，广泛应用于嵌入式系统、传感器接口、工业控制等领域。
在SAR ADC工作时，首先是对输入的模拟电压进行采样并保持，然后从最高有效位（MSB）开始，通过内部数模转换器（DAC）生成参考电压，与输入电压比较。
比较器判断输入电压是否大于参考电压，如果输入电压更大，则保留当前位为1，并增加下一次的参考电压；如果输入电压更小，则将该位设为0，并降低参考电压。通过重复这个过程，依次来确定每一位的值。经过N次比较（N为ADC的采样精度位数）后，逐次逼近寄存器中的数字值即为最终转换结果。
SAR ADC的优势在于其结构相对简单，功耗较低，转换速度较快，适用于不需要极高转换速率的应用场景。此外，它们不需要复杂的抗混叠滤波器，因为它们本质上是采样－保持设备。
相比Delta-Sigma ADC，SAR ADC速度更快，延迟更低，但一般分辨率较低（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成为许多嵌入式系统的首选ADC类型，适用于多通道、高速、中等精度场景，比如工业控制、数据采集系统等。
ADC在采样率和分辨率两个核心参数上，基本上可以说是“平衡的艺术”。当提升了采样率，分辨率就难以避免地降低；而提高了分辨率，采样率就需要下降。一个生活中常见的场景就是：HDMI2.1标准的线缆，可以最高支持8K/60Hz的视频传输，而当分辨率下降到4K时，就可以传输120Hz的视频。
所以海思AC9610的推出，在SAR ADC高速的优势下，兼顾24位的高精度，在采样率和采样精度上同时实现了高指标，突破了SAR ADC性能的限制，追赶上国际领先水平。更高性能的ADC，能够为工程师提供新的解决方案，真正实现高速高精度的精密信号采集系统。
国产ADC产业链正在快速崛起
实际上高精度、高采样率ADC，过去也是国产模拟芯片的一个短板之一。高速ADC/DAC市场几乎被TI、ADI（收购Maxim）二家公司所垄断，占国内市场超过90%份额。同时，在美国的出口管制清单中，也包含了一些高分辨率、高速ADC产品，比如采样速率400MSPS以上的12-14bits ADC。
这次海思推出的AC9610，从规格和参数指标推测，可能是对标ADI此前推出的AD4630-24。这款ADI的SAR ADC产品同样具备2MSPS采样率，24bit采样精度以及0.9ppm的INL精度，SNR典型值为105.7 dB。
随着国产替代的需求，国内近年来其实也有不少厂商推出了技术指标能够对标海外领先水平的产品，包括芯海、思瑞浦、圣邦微、纳芯微、联影微电子等都推出了丰富的工业、车规应用的ADC产品，并已经实现大规模的出货应用。
比如芯海科技去年推出的CS1795x系列SAR ADC产品，该系列产品规格为12bit、1MSPS速率，支持4/8/12/16通道，信噪比SNR为68.5dB。CS1795x系列还成功通过AEC-Q100车规认证，产品适用于BMS、工业自动化、医疗设备等多个应用。
纳芯微去年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积分非线性和高达23.4位的有效分辨率，专为满足工业级高精度测温需求而设计。
过去国内SAR ADC以12bit/16bit为主，24bit的产品虽然也有多家厂商推出，但采样速率均远低于2MSPS。
当然参数还要看具体应用场景，比如在激光雷达的应用中，采用ToF测距技术时，测距精度直接取决于ADC的采样速率，因此往往会采用采样速率1Gsps以上的高速ADC，但相对精度要求较低，一般是8bit。
比如目前市面上激光雷达中比较常见的ADC08D1000，这颗来自TI的高速ADC分辨率为8bit，支持双路1Gsps或单路2Gsps的采样速率。
在高速ADC领域，目前国内芯佰微、灵矽微、迅芯微电子、时代民芯、芯炽科技等厂商均推出了1Gsps以上速率的高速ADC产品。
比如灵矽微在2020年成功流片了8bit、1GSPS采样速率的高速、低功耗ADC，并宣布已经获得激光雷达客户百万元订单。灵矽微表示这款ADC是国内唯一正向设计的1GSPS 8bit ADC产品，速度精度一致的情况下，与ADI、TI同类产品相比，功耗降低70%，高温适用范围提高20℃，完美适应激光雷达以及示波器客户的需求。
芯炽科技在2022年推出的SC10D9501低功耗高性能ADC，分辨率为10bit，双通道采样率也高达1.5GSPS，单通道更是可以实现3GSPS采样率（DES模式）。该芯片单路1.9V电源在1.5GSPS的非多路复用模式下典型功耗为2.19瓦，芯炽科技表示与国外同类型产品相比，SC10D9501面积降低70%，功耗降低50%，高低温性能优越。
写在最后：
高性能高精度ADC在工业自动化、医疗设备、高端测量仪器中是关键部件，ADC直接影响到设备的工作性能。作为模拟芯片中的重要一环，要做好ADC并不容易。除了本身在工艺、设计上需要有多年的技术迭代积累，如何在市场上与早已成熟的海外大厂产品进行竞争，这需要国内模拟芯片厂商紧贴市场需求，坚持正向研发。
在过去几年时间里，随着国产替代需求的爆发，本土模拟厂商已经加速了高性能ADC产品的开发，目前在工业、汽车、医疗等应用领域都基本已经实现覆盖。
而高端的ADC产品专利壁垒较大，同时更加需要制造端和设计端的紧密协同，相信在本土模拟芯片厂商的努力下，国产高端ADC的“空白”将会越来越少。
