数据转换器促使医疗市场升温

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        数据转换器家族“人丁兴旺”且“个性突出”,应用者应根据各自的需求选择合适的产品。尽管在可预见的将来,工业和通信应用仍是数据转换器的主要市场,但随着器件功耗的降低和尺寸的缩减,便携式医疗领域的应用正在蓬勃发展。

  计算机的发明把人类带入一个以二进制为基础的数字世界,随着个人电脑的广泛应用及互联网的迅猛扩张,由“0”和“1”组成的数字信号似乎已经成为我们生活中不可或缺的元素。但是,自然界的信息毕竟是以模拟信号的方式表现出来的,它们无法直接转化为二进制的数字信号,因此,数据转换器就成了连接模拟世界与数字世界的桥梁。

  采样率和分辨率左右器件性能

  数据转换器包括模拟/数字转换器(ADC)和数字/模拟转换器(DAC)。来自模拟世界的电压、电流、温度、压力等信号将通过ADC转化为数字信号,经过MPU(微处理器)、DSP(数字信号处理器)或FPGA(可编程逻辑门阵列)进行信号处理后,再经由DAC还原为模拟信号。

  根据不同的技术架构,数据转换器又可分为闪速(Flash)型、流水线(Pipeline)型、逐次逼近(SAR)型以及斜率积分(Sigma-delta)型,技术架构的差异使得不同的数据转换器在性能方面也各有千秋。

  一般而言,衡量数据转换器性能最重要的两个指标是器件的采样率和分辨率。采样率是器件在每秒钟内的取样数量,是衡量器件速率的指标;分辨率则是指转换器能够复制的位数精度,分辨率越高,则数据转换结果越精确。采样率和分辨率往往会形成一对矛盾,分辨率的增加通常会导致器件速率的降低,反之亦然。因此,设计工程师需要根据系统的需求选择合适的数据转换器。

  德州仪器半导体技术(上海)有限公司模拟器件事业部业务拓展工程师王胜告诉《中国电子报》记者:“Flash数据转换器以高速率见长,但由于受限于每个代码都需要一个n位精度的比较器,其面积和成本必然随着分辨率的提高而迅速增长。”可见,除非是为了追求速率而可以容忍高功耗和高成本,否则Flash数据转换器就不是一个最好的选项。Pipeline架构则是8位应用领域中被普遍看好的解决方案,在中低端通信领域具有优势。而SAR是一种比较老式的模数转换器,特别适用于电流等突变型“瞬态”信号的收发。“Sigma-delta架构的优点是把大部分转换过程都移到数字领域,几乎可视为一个全数字化的元器件,使得高效能模拟和数字处理结合更容易。”王胜补充道,“但它也有不足之处。当一个Sigma-delta转换器被多路重复使用时,必须将取样器和滤波器内的数据清空,以避免信道之间的信号互相干扰。这个清空再重新采集的过程将导致延迟现象。”

  医疗应用市场看好

  数据转换器的市场容量也在快速增长。最近两年,数据转换器市场增长率都超过10%,远高于模拟器件市场的总体增长水平。市场调研公司Gartner的数据显示,2007年全球数据转换器销售收入约为30亿美元,到2010年这一数据将有可能接近40亿美元。

  从应用领域来看,目前工业和通信领域占据主要市场份额,分别为35%和30%,消费电子紧随其后,占有19%的市场份额。

  根据Databeans公司的预测,到2012年,通信领域数据转换器的市场占有率将达到38%,而工业领域则将退居第二,为29%。

  随着生活水平的不断提高,人们对医疗保健也投入了更多的关注,数据转换器在医疗领域的应用也在快速增长,超声波、MRI(核磁共振)、血液气体分析等诊断措施都有赖于高精度的数据转换器,借以提高诊断的准确性。据德州仪器工程师介绍,目前全球医疗产品的年增长率是11%,其中医学成像设备的年增长率为12%,超声波设备增长速度更快,达到了15%。

  当然,数据转换器市场前景也并非高枕无忧。随着器件集成度日益提高,许多厂商更倾向于把数据转换功能集成到ASSP(专用标准产品)中,尤其是在对数据转换分辨率要求不高的消费电子领域,单纯的数据转换器所面临的挑战更大。或许将来部分数据转换器必须依靠与其他器件的“捆绑销售”才能在市场中站稳脚跟。

  技术升级瞄准低功耗、小尺寸

  随着便携式的个人医疗产品的普及,除了继续追求高采样率、高分辨率之外,消费者对数据转换产品的功耗和体积也提出了更严格的要求。业内厂商正试图通过不同的技术手段满足消费者的这一需求。

  2008年1月,德州仪器宣布推出ADS528×系列产品,据德州仪器业务拓展工程师马凯介绍,该系列是全新10位和12位8通道ADC,目标市场为医疗、工业成像、无线通信等领域。马凯特别强调,该系列产品采用业界最小的封装且具有市场领先的低功耗特性,其功耗比同类竞争解决方案低30%,满足了高密度医学成像和无线通信系统的要求。

  或许是不愿看到德州仪器一枝独秀,同样在今年1月,美国国家半导体宣布推出业界首款采用CTSD(连续时间Sigma-delta)技术的高速模拟/数字转换器——ADC12EU050。美国国家半导体亚太区放大器产品市场经理龚铭潭表示:“这款8通道、12位、50MSPS的模拟/数字转换器集成了能滤除混叠信号的低通、砖墙式滤波器,而且功耗比现有的Pipline数据转换器低30%。”至于目标市场,与德州仪器的ADS5281类似,也将针对医疗设备和工业设备的成像系统。“美国国家半导体未来将推出的CTSD模/数转换器还将应用于通信设备和测试测量仪表。”龚铭潭补充道。


  通过国际主流厂商的表现,我们似乎已经隐约嗅到了低功耗数据转换器领域市场竞争的硝烟味
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