在電子信息產(chǎn)業(yè)的復(fù)雜生態(tài)中，模數(shù)轉(zhuǎn)換器（analog-to-digital converter，ADC）是連接模擬世界與數(shù)字世界的「橋梁」。作為電子信息系統(tǒng)的核心器件，承擔(dān)著將連續(xù)變化的模擬信號（如聲音、電壓、射頻信號等）轉(zhuǎn)化為離散數(shù)字信號的關(guān)鍵任務(wù)，其性能直接決定了電子設(shè)備對外部信息的采集精度與處理效率。而高性能 ADC 是集成電路設(shè)計領(lǐng)域的研究熱點與難點，是最復(fù)雜、難度最大的模擬集成電路。

最近，新凱來旗下子公司萬里眼研發(fā)的 90GHz 超高速實時示波器，采樣率達到 200 GSa/S，一舉達到世界第二的水平。鮮為人知的是，示波器性能突破的背后，離不開 ADC 芯片技術(shù)的支撐，這一成果背后，正是我國在 ADC 芯片領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)關(guān)鍵突破的有力證明。

高性能 ADC 受到進口限制

要理解 ADC 芯片的重要性，首先需明確其技術(shù)分類與應(yīng)用需求。

根據(jù)采樣定理，在模擬信號到數(shù)字信號的轉(zhuǎn)換過程中，采樣率至少達到模擬信號帶寬的 2 倍，采樣后的信號才能完整保留原始信號的全部信息，而保證采樣信號不失真的最小頻率（2 倍信號帶寬），被稱為奈奎斯特頻率?；谶@一原理，結(jié)合信號帶寬和采樣率的關(guān)系，ADC 可分為奈奎斯特型 ADC 和過采樣型 ADC 兩類；若按結(jié)構(gòu)和工作方式劃分，又可細分為 SAR ADC、Delta-Sigma ADC（Δ-Σ ADC）等多種類型，不同類型的 ADC 在性能側(cè)重上各有不同，適配的應(yīng)用場景也存在差異。

具體來看，奈奎斯特型 ADC 往往偏向高速方向：其中 Flash ADC 主要應(yīng)用于轉(zhuǎn)換速度要求極高的場景，比如高速通信領(lǐng)域；Pipeline ADC（流水線 ADC）在保證較快速度的同時，還能實現(xiàn)中高精度，因此廣泛應(yīng)用于無線通信和部分圖像傳感領(lǐng)域；普通的 SAR ADC 具備中等精度和較快速度，主要優(yōu)勢在于能源效率，非常適合物聯(lián)網(wǎng)、便攜設(shè)備和生物傳感等對功耗敏感的領(lǐng)域；而由 SAR ADC 構(gòu)成的 Pipelined-SAR ADC，能夠在保持較快速度的基礎(chǔ)上進一步提升轉(zhuǎn)換精度，拓展了其應(yīng)用邊界。

與之相對，過采樣型 ADC 往往偏向高精度方向：Delta Sigma ADC 是典型的過采樣型 ADC，在高精度領(lǐng)域優(yōu)勢顯著，但帶寬有限和能效較差；Zoom ADC 通過結(jié)合 Delta-Sigma ADC 與 SAR ADC，以較小的面積和功耗開銷實現(xiàn)了高精度轉(zhuǎn)換；NS-SAR ADC 則是一種基于 SAR ADC 的過采樣 ADC，相比 Delta Sigma ADC 更側(cè)重提升帶寬，在精度、帶寬和功耗之間取得良好平衡，在圖像傳感和通信領(lǐng)域均有應(yīng)用。

隨著無線移動通信、物聯(lián)網(wǎng)與傳感器、光傳輸和光通信、智能傳感器等新興應(yīng)用領(lǐng)域的快速發(fā)展，以及雷達與精確制導(dǎo)、儀器儀表與醫(yī)學(xué)成像等傳統(tǒng)應(yīng)用領(lǐng)域的技術(shù)革新，對模數(shù)轉(zhuǎn)換器的性能需求不斷增加。射頻信號感知與測量等領(lǐng)域要求模數(shù)轉(zhuǎn)換器覆蓋寬帶，同時兼顧高精度，例如電子對抗、電磁干擾等系統(tǒng)需要 12～14 位 10+GS/s 射頻采樣模數(shù)轉(zhuǎn)換器，高速高精度示波器需要 12 位不低于 10 GS/s 的模數(shù)轉(zhuǎn)換器；光通信與有線通信等領(lǐng)域需要中等精度采樣率達到 64+GS/s 的模數(shù)轉(zhuǎn)換器；精密工業(yè)控制與智能傳感等領(lǐng)域要求低延時分辨率超 24 位的超高精度模數(shù)轉(zhuǎn)換器。

然而，長期以來，全球高端 ADC 市場始終被少數(shù)國外企業(yè)壟斷。更值得關(guān)注的是，美國將部分高分辨率、高速 ADC 產(chǎn)品納入出口管制清單，例如采樣速率 400MSPS（Million Samples per Second，即每秒百萬次采樣）以上的 12-14bits ADC，這不僅限制了國內(nèi)高端電子設(shè)備的研發(fā)與生產(chǎn)，更對我國電子信息產(chǎn)業(yè)的自主安全構(gòu)成了潛在威脅。

在此背景下，國內(nèi)企業(yè)近年來持續(xù)加大研發(fā)投入，突破技術(shù)瓶頸，在高速、高位寬兩大核心領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)了高端 ADC 的全面突破，同時高端模擬生產(chǎn)線建設(shè)也加速推進，正逐步打破國外壟斷格局。

高速 ADC 實現(xiàn)性能躍升，助力國產(chǎn)示波器突破

高速 ADC 作為雷達、5G 通信、無線傳輸?shù)阮I(lǐng)域的核心器件，其采樣率與精度直接決定了設(shè)備對高速信號的捕捉能力。此前，國外企業(yè)在該領(lǐng)域長期占據(jù)技術(shù)高地，國內(nèi)產(chǎn)品難以企及。但近年來，國內(nèi)企業(yè)不斷突破技術(shù)極限，推出了多款性能達到國際領(lǐng)先水平的高速 ADC 產(chǎn)品。

迅芯微電子在高速 ADC 領(lǐng)域展現(xiàn)出了強勁的技術(shù)實力，其 AAD08S056G 是采用 CMOS 工藝制造的高速模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片。采樣率最高可達 50GS/s，分辨率為 8bit。該芯片采用多路時間交織 ADC（TI-ADC）架構(gòu)，共集成 128 路子 ADC，每一路 ADC 采用低功耗逐次比（SAR）架構(gòu)。在輸出接口方面，芯片集成 16 路高速串行輸出接口，每路最高速率 20Gbps。芯片將轉(zhuǎn)換的 8bit 數(shù)字信號與 PRBS11 碼進行異或運算加擾，然后通過高速串行接口輸出。

更令人振奮的是，今年八月，由中國科學(xué)院微電子研究所，迅芯微電子（蘇州）股份有限公司，深圳市萬里眼技術(shù)有限公司為主要完成單位的「200GSa/s 超高速實時示波器核心技術(shù)及應(yīng)用」斬獲中國儀器儀表學(xué)會科學(xué)技術(shù)獎技術(shù)發(fā)明一等獎。項目亮點顯示，全力聚焦超高速高精度 ADC/DAC 芯片研發(fā)，突破100+GSa/s 采樣率、12bit 精度技術(shù)瓶頸，滿足高端示波器、光通信設(shè)備國產(chǎn)化需求。這也是國產(chǎn)示波器突破背后的關(guān)鍵技術(shù)之一。

另一家在高速 ADC 領(lǐng)域持續(xù)發(fā)力的企業(yè)是成都華微。9 月 1 日晚間，成都華微發(fā)布公告，宣布公司研發(fā)的 4 通道 12 位 40G 高速高精度射頻直采 ADC 于近日成功發(fā)布。這款型號為 HWD12B40GA4 的 ADC 芯片 4 通道模式下支持采樣率 24~40GSPS 可配置，雙通道模式下支持采樣率 48~80GSPS 可配置。輸入模擬帶寬高達 19GHz，噪聲譜密度低至-152dBFs/Hz，無雜散動態(tài)范圍在輸入頻率 18GHz 內(nèi) (Ku 頻段內(nèi)) 高達 54dB 以上，輸出采用 96 對 JESD204C 高速串行接口，支持芯片內(nèi)和芯片間多通道同步功能，具備高可靠性的特點。

更重要的是，該芯片采用全自主正向設(shè)計，擁有完全知識產(chǎn)權(quán)，其生產(chǎn)工藝依托國內(nèi)廠商，真正實現(xiàn)了從研發(fā)到生產(chǎn)的全鏈條可控，目前已申請多項國內(nèi)外發(fā)明專利，徹底擺脫了對國外技術(shù)與生產(chǎn)環(huán)節(jié)的依賴。

高位寬 ADC 精準(zhǔn)對標(biāo)國際高端

如果說高速 ADC 的核心競爭力在于「速度」，那么高位寬 ADC 則更注重「精度」。

高精度 ADC 一般指分辨率超過 14bit 的 ADC，常應(yīng)用于音頻、測量、生物醫(yī)療等領(lǐng)域，在數(shù)據(jù)采集、工業(yè)控制、醫(yī)療電子等領(lǐng)域發(fā)揮著不可替代的作用，例如在醫(yī)療影像設(shè)備中，高位寬 ADC 能夠精準(zhǔn)轉(zhuǎn)換微弱的生物電信號，為疾病診斷提供清晰、準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)支持；在工業(yè)自動化控制系統(tǒng)中，它能精準(zhǔn)采集傳感器信號，保障生產(chǎn)過程的穩(wěn)定性與精度。此前，國內(nèi)高位寬 ADC 產(chǎn)品在性能上與國際高端產(chǎn)品存在明顯差距，但近年來，國內(nèi)企業(yè)迎頭趕上，推出的多款高位寬 ADC 產(chǎn)品已實現(xiàn)精準(zhǔn)對標(biāo)，成功打破了國外產(chǎn)品的壟斷。

海思在高位寬 ADC 領(lǐng)域的突破具有代表性，其推出的 SAR（逐次逼近寄存器）架構(gòu) ADC 產(chǎn)品——AC9610，在高位寬領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)了重要突破。該芯片在采樣率達到 2MSPS 的情況下，采樣精度高達 24bit，直接對標(biāo) ADI 的高端產(chǎn)品 AD4630-24。AD4630-24 作為國際高位寬 ADC 領(lǐng)域的標(biāo)桿產(chǎn)品，憑借高精度、低功耗的特性，長期占據(jù)國內(nèi)高端市場。海思 AC9610 的出現(xiàn)，不僅在性能上與 AD4630-24 持平，更在成本與供應(yīng)鏈穩(wěn)定性上具備優(yōu)勢，為國內(nèi)需要高精度信號轉(zhuǎn)換的設(shè)備廠商提供了更優(yōu)選擇，推動了國內(nèi)高位寬 ADC 市場的國產(chǎn)化進程。

另一家企業(yè)，核芯互聯(lián)也在多通道高位寬 ADC 領(lǐng)域也取得了重要進展，正式發(fā)布全新一代 8/4 通道 24 位同步采樣模數(shù)轉(zhuǎn)換器（ADC）——CL2468。該芯片在性能與兼容性上表現(xiàn)突出：在采樣性能方面，具備 8 通道同步采樣能力，最高采樣率可達 512Ksps，同時擁有卓越的動態(tài)性能與靈活的功耗調(diào)節(jié)方案，能夠滿足不同應(yīng)用場景下對精度、速度與功耗的多樣化需求；在兼容性方面，CL2468 在硬件和寄存器上完全兼容 ADI 的經(jīng)典產(chǎn)品 AD7768，這意味著使用 AD7768 的客戶無需對現(xiàn)有系統(tǒng)進行大幅改造，即可直接替換為 CL2468，降低了國產(chǎn)化的成本與難度。此外，CL2468 還提供拓展寄存器配置，可進一步提升采樣率與輸入帶寬，為未來更高性能需求的應(yīng)用預(yù)留了升級空間。

CL2468 的推出，為數(shù)據(jù)采集、工業(yè)控制、醫(yī)療電子等領(lǐng)域提供了高精度、低功耗的信號轉(zhuǎn)換解決方案，不僅填補了國內(nèi)多通道高位寬 ADC 領(lǐng)域的技術(shù)空白，更推動了相關(guān)行業(yè)的國產(chǎn)化進程，提升了國內(nèi)電子設(shè)備廠商在全球市場的競爭力。

高端模擬生產(chǎn)線保障產(chǎn)能與自主

技術(shù)突破之外，產(chǎn)能保障是推動國產(chǎn) ADC 持續(xù)發(fā)展的另一關(guān)鍵。

日前，士蘭微宣布公司及全資子公司廈門士蘭微與廈門半導(dǎo)體、新翼科技共同向子公司士蘭集華增資 51 億元，其中士蘭微方面合計出資 15 億元，此次增資的核心目的是投建 12 英寸高端模擬集成電路芯片制造生產(chǎn)線項目。這一項目的落地，標(biāo)志著國內(nèi)在高端模擬芯片生產(chǎn)領(lǐng)域邁出了重要一步。

從項目規(guī)劃來看，該 12 英寸高端模擬集成電路芯片制造生產(chǎn)線項目落地于廈門海滄區(qū)，規(guī)劃總投資高達 200 億元，分兩期實施：一期投資 100 億元，計劃于 2027 年四季度正式投產(chǎn)，投產(chǎn)后月產(chǎn)能可達 2 萬片；二期將再投資 100 億元，新增月產(chǎn)能 2.5 萬片，項目全部達產(chǎn)后，月產(chǎn)能將達到 4.5 萬片（折合年產(chǎn) 54 萬片）。

從產(chǎn)品定位來看，士蘭集華作為該項目的實施主體，其生產(chǎn)的產(chǎn)品將瞄準(zhǔn)汽車、工業(yè)等領(lǐng)域的關(guān)鍵芯片。汽車電子與工業(yè)控制領(lǐng)域?qū)π酒目煽啃?、穩(wěn)定性與精度要求極高，此前這些領(lǐng)域的高端芯片長期依賴進口，該項目的投產(chǎn)將填補國內(nèi)在這些領(lǐng)域關(guān)鍵芯片生產(chǎn)的空白，進一步完善國內(nèi)高端模擬芯片產(chǎn)業(yè)鏈。

近年來，國產(chǎn)高端 ADC 在技術(shù)與產(chǎn)業(yè)層面均取得了突破性進展。未來，國產(chǎn)高端 ADC 的發(fā)展仍需在以下方面持續(xù)發(fā)力：一是持續(xù)優(yōu)化芯片性能，在提升采樣率、精度的同時，進一步降低功耗與成本，提升產(chǎn)品在全球市場的競爭力；二是拓展應(yīng)用場景，除了當(dāng)前覆蓋的雷達、5G 通信、工業(yè)控制等領(lǐng)域，還應(yīng)向新能源汽車、人工智能、量子計算等新興領(lǐng)域延伸，挖掘市場潛力；三是完善產(chǎn)業(yè)鏈協(xié)同，加強芯片設(shè)計、生產(chǎn)、封裝測試等環(huán)節(jié)的協(xié)同合作，推動國內(nèi) ADC 產(chǎn)業(yè)鏈整體升級。

隨著技術(shù)的不斷進步與產(chǎn)業(yè)生態(tài)的逐步完善，國產(chǎn)高端 ADC 必將在保障我國電子信息產(chǎn)業(yè)自主安全、推動產(chǎn)業(yè)高質(zhì)量發(fā)展中發(fā)揮更加重要的作用，未來有望在全球高端 ADC 市場占據(jù)重要地位。

未來 ADC 芯片的發(fā)展趨勢

展望未來，ADC 芯片的技術(shù)迭代將圍繞架構(gòu)創(chuàng)新、工藝升級與智能化融合展開。

首先，隨著工藝節(jié)點不斷縮小，傳統(tǒng)架構(gòu) ADC 面臨速度和能效瓶頸，而混合架構(gòu) ADC 具有速度快、能效高、適應(yīng)先進工藝的優(yōu)點，因此成為未來高速 ADC 發(fā)展的主要方向。

其次，在工藝選擇上，由于化合物工藝器件的截止頻率遠高于硅基工藝，同時 GaN、InP 等化合物半導(dǎo)體自身具備優(yōu)于硅基的耐壓特性，能夠有效解決可靠性問題，因此采用基于化合物半導(dǎo)體工藝，成為未來超寬帶射頻采樣前端的發(fā)展趨勢。不過，受限于成本和工藝實現(xiàn)復(fù)雜度，未來相關(guān)研發(fā)工作可能會更多集中于采樣電路規(guī)模的縮減以及工藝的優(yōu)化方面，以平衡性能與成本。

此外，ADI 和 TI 有 3500 多種 ADC 產(chǎn)品，而國內(nèi)只有 300 多種，在產(chǎn)品種類上存在巨大差距。而高性能 ADC 的研發(fā)周期長，研發(fā)投入大，成本高昂，難以適應(yīng)市場快速迭代以及激增的需求?？芍貥?gòu) ADC 成為研發(fā)趨勢，途徑之一是可編程的數(shù)字抽取濾波器。途徑之二是針對高精度 ADC 本身進行不同模塊的重組，實現(xiàn)跨架構(gòu)系統(tǒng)可重構(gòu)以及多場景多模態(tài)高精度應(yīng)用。

值得關(guān)注的是，人工智能、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等技術(shù)也將為 ADC 性能提升提供新的助力。通過使用遺傳算法、粒子群優(yōu)化、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等 AI 算法，迭代誤差函數(shù)系數(shù)，使適應(yīng)度函數(shù)最大（或最?。┗?，有望有效消除 ADC 誤差。這類方法通常具有收斂速度快、校準(zhǔn)范圍大、校準(zhǔn)誤差種類多的優(yōu)點，將成為提升 ADC 精度與穩(wěn)定性的重要技術(shù)方向。