大咖談國產模擬IC創新：從EDA、信號鏈，到大功率功放、CPU大電流電源芯片…
“浣沙淘金，模擬論芯”，2021年9月28日，由全球知名電子科技媒體<電子發燒友>主辦的2021第三屆中國模擬半導體大會在中國深圳成功舉辦，在本次大會上，來自華大九天、芯海科技、昱盛電子、長工微、晶華微、美新半導體等知名企業領導和行業專家帶來了精彩分享。
模擬半導體技術對人才的經驗積累要求更高，電子發燒友總經理張迎輝在致詞的時候表示，國際的模擬半導體技術的發展時間，遠比中國半導體公司要早，經過大半個世紀的積累，他們在人才培養和技術積累上更有優勢，國內模擬半導體公司則遇到了人才培養和產品創新的挑戰，企業成長不易。
圖：電子發燒友總經理張迎輝
不過隨著科創板的設立，以及政策的支持，不少優秀的模擬半導體公司成功IPO，獲得逆襲，電子發燒友的中國模擬半導體大會已經舉辦到第三屆，過去有很多公司通過參加中國模擬大會，被科創資本了解并成功獲得融資，也有企業的芯片被工程師所認可而設計應用到更多產品中。
圖：華大九天高級項目經理梁艷
華大九天的Empyrean Aether提供了一個高效芯片設計分析平臺，擁有EDIF、SPICE和GDS等接口，助力設計流程平滑遷移，其工藝模型及PDK定制化能力可支撐設計方法進行創新。而高速高精度仿真驗證工具Empyrean ALPS擁有豐富的仿真產品線，滿足用戶在精度和速度上的多樣性需求，根據自研的SMS Plus引擎，解決高壓模型收斂性的難題。
Empyrean Argus是華大九天推出的可適配版圖分析驗證工具，功能覆蓋了DRC檢查、LVS檢查等Mask準備等應用，目前獲得了代工廠的認證，并通過了大量的tape out驗證。而在版圖設計早期，獲知寄生參數可以排除寄生問題帶來的影響，華大九天為此推出了寄生參數提取工具Empyrean RCExplorer，可以完成3D/2.5D的寄生參數提取，滿足工藝開發和后仿應用。版圖可靠性分析工具Empyrean Polas，可以做到對導通電阻、EM/IR-drop和Gate On/off延遲的高精度分析，幫助用戶計算和預測功率損耗和死區時間等參數，從而指導版圖優化。
芯海市場經理王偉
隨著市場與技術的不斷變化，模擬信號鏈如今面臨著三大挑戰。智能可穿戴設備的興起，將產品體積不斷減小，但傳感器的數目仍在逐步增加。其次，氣體、壓力和電流等傳感器信號也給信號鏈的設計帶來了困難。最后，不同的測量精度與速度提出了不同的需求。
以電化學信號測量為例，在傳統的電路結構中，多器件的外圍電路不僅增大了體積，也影響了生產一致性，而芯海的信號鏈MCU，省掉了外圍電路，做到集成化。而在傳統光電信號測量的離散時間采樣ADC中，開關電容電荷會反沖至傳感器，芯海為此設計了CTSD ADC，采用電阻輸入降低放大器需求，也更容易實現高工作頻率。
ADC的技術可分為兩個大類，分別是基于超采樣以及基于奈奎斯特頻率，還可以分為SAR、SDM、SLOPE等多個小類，如此多的分類也證明了沒有一種ADC是完美的。ADC的設計就是一個平衡的過程，在分辨率、速度和功耗等參數上做取舍。而芯海的ADC設計持續追求更優的FoM，做到更低的功耗、更高的速度和SNDR，同時實現更高的性價比。芯海作為國內少數覆蓋了ADC和MCU的公司，未來會把工業和汽車領域作為重點投入方向。
圖：昱盛電子資深經理陳文彥
不同的應用都有著不同的設計考慮，以平板電視為例，由于具備影像等功能，TV系統整體較為復雜。陳文彥提到，對平板電視來說功率不是越大越好，平板電視在先天物理上已經限制了聲音，如果做大功率反而會出現音質渾濁、破音的情況。因此平板電腦在設計時既要滿足規格還要考慮播放時不能跟腔體產生共振，一旦出現共振會抵消功率，也會出現雜音。平板電視每個通道的功率大概在10w以下，在設計時主要著重在功率、品質上的均衡，如果要實現大功率輸出，一般都會搭配Soundbar使用。
?陳文彥認為大功率功放在音箱領域將朝著以下三個方向發展：音質要求提升、高階機型數字化、系統復雜度增加。大功率功放市場正迎來了新的發展趨勢，同時也帶來了技術上的挑戰，一是大功率功放芯片需求增長，系統電源功率需求以及質量也更加嚴苛；二是數字音源接口占比提升；三是簡化系統設計，例如具備展頻設計以降低EMI、提供多路功放芯片并聯能力等。
針對大功率功放的趨勢和挑戰，昱盛電子推出響應的產品和方案，包括大功率音箱D類功放芯片，以及大功率音箱整體功放／電源方案。陳文彥介紹，大功率音箱D類功放芯片可做到30Wx2立體聲，并接成60W的單通道，或者50Wx2立體聲，并接成80W的單通道。例如的D類音頻放大器VA2218，可實現30Wx2立體聲，適用于藍牙音箱、TV等產品。未來將基于VA2239、VA2218進行升級改版，方便客戶后期設計，預計在2022年上半年會推出VA2260、VA2261相關產品。
圖：長工微市場總監馮博
單相無法達到服務器對大電流的需求，比如服務器要實現200-500A的供電，需要6相控制器來實現，馮博進一步解釋，為什么需要多相電源解決方案，因為多相可以滿足CPU負載對電流的持續則增加的需求，比如Intel服務器CPU負載電流，最早需要的最大電流是228A，后來提升到395A，再到452A，這就需要八相的電流解決方案。
?多相電源芯片有多方面優點，包括可適應持續增加的大負載應用需求；可降低輸出電壓紋波；濺灑紅電感的體積和高度；減少輸入電容等。當然也存在設計難點，比如CPU對電壓控制的精度和穩定性要求極高等；與CPU之間高速且復雜的通訊需求等。
長工微專注于提供大電流電源解決方案，在本次會議上，馮博介紹了長工微本月新推出的八相電源解決方案IS6201A，該方案支持多家CPU的通訊協議，包括所有國內CPU，該芯片的開關頻率微2MHz，具有全部保護功能，內置MTP，可以多次燒錄存儲不同程序。
?據馮博介紹，IS6201A可與IS6806A、IS6810A和IS6807A結合應用于不同場景，具有不同特性，比如IS6201A+IS6806A適用于服務器CPU、DDR的60-300A的大電流應用，具有很高的效率；IS6201A+IS6810A適用于服務器CPU、DDR的60-300A的大電流應用，方案面積小，可以做成模塊；IS6201A+IS6807A適用于臺式機，筆記本CPU 30-200A的大電流應用，支持高壓20V輸入，輕載效率高。
大會現場精彩圖
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圖：電子發燒友總經理張迎輝
不過隨著科創板的設立，以及政策的支持，不少優秀的模擬半導體公司成功IPO，獲得逆襲，電子發燒友的中國模擬半導體大會已經舉辦到第三屆，過去有很多公司通過參加中國模擬大會，被科創資本了解并成功獲得融資，也有企業的芯片被工程師所認可而設計應用到更多產品中。
華大九天梁艷：全流程工具助力電源管理芯片設計方法學創新
EDA作為廣泛應用于整個IC產業鏈的軟件系統，直接影響到芯片性能、質量、生產效率以及成本，可以說沒有EDA就沒有IC產業。移動通信、IoT和汽車等應用不僅為電源管理芯片帶來的強勁的需求，也帶來了集成化和高效能等挑戰。華大九天高級項目經理梁艷分享了華大九天作為一站式EDA及相關服務提供商，如何以全流程工具應對這些挑戰。
圖：華大九天高級項目經理梁艷
華大九天的Empyrean Aether提供了一個高效芯片設計分析平臺，擁有EDIF、SPICE和GDS等接口，助力設計流程平滑遷移，其工藝模型及PDK定制化能力可支撐設計方法進行創新。而高速高精度仿真驗證工具Empyrean ALPS擁有豐富的仿真產品線，滿足用戶在精度和速度上的多樣性需求，根據自研的SMS Plus引擎，解決高壓模型收斂性的難題。
Empyrean Argus是華大九天推出的可適配版圖分析驗證工具，功能覆蓋了DRC檢查、LVS檢查等Mask準備等應用，目前獲得了代工廠的認證，并通過了大量的tape out驗證。而在版圖設計早期，獲知寄生參數可以排除寄生問題帶來的影響，華大九天為此推出了寄生參數提取工具Empyrean RCExplorer，可以完成3D/2.5D的寄生參數提取，滿足工藝開發和后仿應用。版圖可靠性分析工具Empyrean Polas，可以做到對導通電阻、EM/IR-drop和Gate On/off延遲的高精度分析，幫助用戶計算和預測功率損耗和死區時間等參數，從而指導版圖優化。
芯海王偉：感知世界聚焦信號鏈技術創新
感知與交互一直是智能設備變化的核心，預計2021年，帶有傳感交互的終端占比達到55%。而信號鏈則是精準感知和交互的基礎，根據國外機構統計，2023年信號鏈需求達120億美元，但幾乎被TI等國外品牌壟斷。面對這個空間巨大而差距顯著的模擬鏈市場，芯海科技市場經理王偉分享了芯海科技是如何在信號鏈技術上創新的。
芯海市場經理王偉
隨著市場與技術的不斷變化，模擬信號鏈如今面臨著三大挑戰。智能可穿戴設備的興起，將產品體積不斷減小，但傳感器的數目仍在逐步增加。其次，氣體、壓力和電流等傳感器信號也給信號鏈的設計帶來了困難。最后，不同的測量精度與速度提出了不同的需求。
以電化學信號測量為例，在傳統的電路結構中，多器件的外圍電路不僅增大了體積，也影響了生產一致性，而芯海的信號鏈MCU，省掉了外圍電路，做到集成化。而在傳統光電信號測量的離散時間采樣ADC中，開關電容電荷會反沖至傳感器，芯海為此設計了CTSD ADC，采用電阻輸入降低放大器需求，也更容易實現高工作頻率。
ADC的技術可分為兩個大類，分別是基于超采樣以及基于奈奎斯特頻率，還可以分為SAR、SDM、SLOPE等多個小類，如此多的分類也證明了沒有一種ADC是完美的。ADC的設計就是一個平衡的過程，在分辨率、速度和功耗等參數上做取舍。而芯海的ADC設計持續追求更優的FoM，做到更低的功耗、更高的速度和SNDR，同時實現更高的性價比。芯海作為國內少數覆蓋了ADC和MCU的公司，未來會把工業和汽車領域作為重點投入方向。
昱盛電子陳文彥：大功率功放的應用與未來趨勢
在會上，昱盛電子資深經理陳文彥帶來《大功率功放的應用與未來趨勢》主題演講。大功率功放主要應用在藍牙音箱、拉桿音箱、Soundbar、智能音箱、平板電視、PA等消費場景上，此外還有后裝車用功放、電子琴節拍器等。
圖：昱盛電子資深經理陳文彥
不同的應用都有著不同的設計考慮，以平板電視為例，由于具備影像等功能，TV系統整體較為復雜。陳文彥提到，對平板電視來說功率不是越大越好，平板電視在先天物理上已經限制了聲音，如果做大功率反而會出現音質渾濁、破音的情況。因此平板電腦在設計時既要滿足規格還要考慮播放時不能跟腔體產生共振，一旦出現共振會抵消功率，也會出現雜音。平板電視每個通道的功率大概在10w以下，在設計時主要著重在功率、品質上的均衡，如果要實現大功率輸出，一般都會搭配Soundbar使用。
?陳文彥認為大功率功放在音箱領域將朝著以下三個方向發展：音質要求提升、高階機型數字化、系統復雜度增加。大功率功放市場正迎來了新的發展趨勢，同時也帶來了技術上的挑戰，一是大功率功放芯片需求增長，系統電源功率需求以及質量也更加嚴苛；二是數字音源接口占比提升；三是簡化系統設計，例如具備展頻設計以降低EMI、提供多路功放芯片并聯能力等。
針對大功率功放的趨勢和挑戰，昱盛電子推出響應的產品和方案，包括大功率音箱D類功放芯片，以及大功率音箱整體功放／電源方案。陳文彥介紹，大功率音箱D類功放芯片可做到30Wx2立體聲，并接成60W的單通道，或者50Wx2立體聲，并接成80W的單通道。例如的D類音頻放大器VA2218，可實現30Wx2立體聲，適用于藍牙音箱、TV等產品。未來將基于VA2239、VA2218進行升級改版，方便客戶后期設計，預計在2022年上半年會推出VA2260、VA2261相關產品。
長工微馮博：CPU大電流多相電源解決方案
在會上，長工微市場總監馮博帶來了《CPU大電流多相電源解決方案》的主題分享，馮博表示，服務器需求增長使CPU對電流要求提升，2020年全球服務器出貨量達到1200萬臺，云計算、數據中心、AI服務器需求增長迅速，CPU、DPU電流高達1000A，而目前大電流多相電源芯片國產化率為零。
圖：長工微市場總監馮博
單相無法達到服務器對大電流的需求，比如服務器要實現200-500A的供電，需要6相控制器來實現，馮博進一步解釋，為什么需要多相電源解決方案，因為多相可以滿足CPU負載對電流的持續則增加的需求，比如Intel服務器CPU負載電流，最早需要的最大電流是228A，后來提升到395A，再到452A，這就需要八相的電流解決方案。
?多相電源芯片有多方面優點，包括可適應持續增加的大負載應用需求；可降低輸出電壓紋波；濺灑紅電感的體積和高度；減少輸入電容等。當然也存在設計難點，比如CPU對電壓控制的精度和穩定性要求極高等；與CPU之間高速且復雜的通訊需求等。
長工微專注于提供大電流電源解決方案，在本次會議上，馮博介紹了長工微本月新推出的八相電源解決方案IS6201A，該方案支持多家CPU的通訊協議，包括所有國內CPU，該芯片的開關頻率微2MHz，具有全部保護功能，內置MTP，可以多次燒錄存儲不同程序。
?據馮博介紹，IS6201A可與IS6806A、IS6810A和IS6807A結合應用于不同場景，具有不同特性，比如IS6201A+IS6806A適用于服務器CPU、DDR的60-300A的大電流應用，具有很高的效率；IS6201A+IS6810A適用于服務器CPU、DDR的60-300A的大電流應用，方案面積小，可以做成模塊；IS6201A+IS6807A適用于臺式機，筆記本CPU 30-200A的大電流應用，支持高壓20V輸入，輕載效率高。
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