熱點(diǎn)遭冷遇？本土IC企業(yè)如何挑戰(zhàn)高門檻市場(chǎng)

“健康”、“環(huán)保”是近年全球媒體報(bào)道中最熱門的關(guān)鍵詞之一，而這些熱點(diǎn)概念背后是巨大的產(chǎn)業(yè)商機(jī)，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(jī)會(huì)”的報(bào)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(bào)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(dá)儀表、龍電和浩寧達(dá)等國內(nèi)業(yè)界知名廠商。

然而，一邊廂研討會(huì)討論的全球熱點(diǎn)，而另一邊廂是本土IC參展商的“冷眼”——在本屆展會(huì)上幾乎難以見到本土集成電路設(shè)計(jì)企業(yè)相關(guān)的產(chǎn)品方案展示，僅深圳芯?？萍颊古_(tái)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(tái)提供了數(shù)字電表相關(guān)解決方案。何以現(xiàn)實(shí)可見的熱點(diǎn)卻成了剃頭匠的挑子一頭熱呢？“相對(duì)于展場(chǎng)中可見的大量電源、LED驅(qū)動(dòng)、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(chǎng)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(chǎng)門檻。

智能電表產(chǎn)品的核心芯片是計(jì)量芯片，其關(guān)鍵技術(shù)是對(duì)互感器采集的電壓、電流信號(hào)進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換。類似地，對(duì)于眾多醫(yī)療電子產(chǎn)品來說，大部分的工作機(jī)理都是利用對(duì)傳感器采集的病人生理信號(hào)進(jìn)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(hào)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(jì)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?？萍荚O(shè)計(jì)部總監(jiān)劉小靈表示。具體而言，在高精度ADC設(shè)計(jì)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(shí)鐘節(jié)拍運(yùn)行時(shí)產(chǎn)生的襯底噪聲和電源噪聲，這些噪聲源都嚴(yán)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(duì)信號(hào)的延遲；由于高精度ADC所探測(cè)的信號(hào)非常微弱，必須要通過前置放大器對(duì)信號(hào)進(jìn)行放大來提高信噪比，而前置放大器在放大信號(hào)的同時(shí)自身也會(huì)產(chǎn)生噪聲，并且會(huì)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(jì)。

熟悉模擬電路設(shè)計(jì)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(jì)經(jīng)驗(yàn)。 “芯海ADC相關(guān)產(chǎn)品的核心設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)均具有超過十年的模擬產(chǎn)品設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，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(qǐng)了“低溫度系數(shù)帶隙基準(zhǔn)源”、“信號(hào)采樣保持電路”、“一種電壓調(diào)整裝置”、“門控時(shí)鐘產(chǎn)生電路”等多項(xiàng)專門針對(duì)高精度ADC的專利。“例如，為改進(jìn)高精度Σ-Δ調(diào)制器的性能，我們?cè)谀M部分設(shè)計(jì)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(jī)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(hào)。” 劉小靈進(jìn)一步詳細(xì)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(jī)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(duì)國家電網(wǎng)和南方電網(wǎng)推出完全符合國內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)的電力計(jì)量芯片CSE7780和CS77xx系列，目前CSE7780系列已經(jīng)進(jìn)入流片階段并已完成完整方案原型設(shè)計(jì)。明年該公司還將繼續(xù)推出專門針對(duì)血壓計(jì)市場(chǎng)的專用芯片和完整方案。芯?？萍荚诠I(yè)應(yīng)用領(lǐng)域已經(jīng)成功推出多個(gè)系列的集成高性能ADC技術(shù)的SoC方案，為什么沒有針對(duì)電力計(jì)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(jī)構(gòu)對(duì)可靠性方面的考慮。”劉小靈指出，“在市場(chǎng)出現(xiàn)對(duì)SoC方案一定接受度條件下，我們完全有能力即時(shí)推出相關(guān)方案。”

作為電力計(jì)量和醫(yī)療應(yīng)用而言，技術(shù)的門檻只是其一，而市場(chǎng)的門檻某些時(shí)候可能更高，事實(shí)上，集成電路設(shè)計(jì)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(shí)產(chǎn)權(quán)，我們?cè)陔姳眍I(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(yàn)，”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(shí)力的整機(jī)企業(yè) 和IDH緊密合作，給客戶提供更具綜合競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)的“Turn Key ”方案，體現(xiàn)本土領(lǐng)先IC設(shè)計(jì)公司的優(yōu)勢(shì)。”對(duì)于如何克服市場(chǎng)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(dá)到8,000萬個(gè)，而2009年中國醫(yī)療電子市場(chǎng)已經(jīng)超過200億元的規(guī)模。如此龐大的市場(chǎng)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(jì)企業(yè)已經(jīng)成功實(shí)現(xiàn)在諸多領(lǐng)域?yàn)橹袊圃炖酉轮袊鴦?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(chǎng)的門檻后，會(huì)續(xù)寫同樣的精彩。