半导体

从引力波、地震预警到手机镜头 模拟IC架起物理世界与数字世界桥梁

作者:张心怡来源:中国电子报、电子信息产业网发布时间:2019-12-17 18:05我要评论

模拟IC是集成电路的重要组成,能处理声、光、电、温度等连续变化的自然信号。12月12日,模拟IC厂商ADI举办了ADI中国25周年媒体技术日,分享了对于ADC、MEMS、ToF等技术方案的观点。简单来说,ADI 中国成立25年来专注了一件事,就是将现实世界的物理信号转化为可以被人类识别、使用、分析的有效信息。ADI公司系统解决方案事业部总经理赵轶苗表示,不管信号多么小、多么快、多么复杂,或者在多么强的干扰下,都能将其从模拟世界中提炼,在数字中体现出来,是模拟IC的核心使命。

辅助引力波观测

2017年,在LIGO(激光干涉引力波天文台)探测器和引力波观测方面做出决定性贡献的三位科学家摘得诺贝尔物理学奖。在这个“聆听时空涟漪”的项目中,也有模拟IC的参与。

LIGO由两个4千米长的真空激光管构成L形,激光管打出两束光并反射,形成干涉的焦点,如果这两束光完美干涉,不会有任何光漏到传感器。但如果有引力波穿过探测器,就会拉长或者压缩激光走过的路程,导致光束偏移,光进入传感器,测试到引力波的发生。

据介绍,ADI参与了LIGO项目的芯片技术解决方案。例如,高精度放大器AD797,对于干涉光的正负检测和正负控制起到了关键作用;高精度温度传感器AD590,对4千米激光真空管的温度控制起到作用;高压放大器ADA4700,参与静电接地控制。赵轶苗表示,ADI希望建立从物理世界到数字世界的桥梁,这座桥梁以带宽和分辨率为基础,来应对普通模拟信号的放大或者处理,以及对宇宙中非常微小的、敏感信号的处理。

5G为基站信号链和光通信带来契机

5G基站引入了更大规模的天线阵列,需要波束成形技术调整天线阵列辐射模式,将每个讯号引导到接收器的最佳路径上,以避免讯号干扰。

在5G通信里,怎样基于波束成形将天线阵列形成多个波束成为关键,为RF IC提供了发展机遇。ADI针对不同的频段,在K频段、Ka频段、毫米波等都有相应的变频器产品,可实现500MHz带宽的系统建立。

5G前端无线带宽得到拓宽后,有线网络也需相应提高带宽水平。光通信模块的带宽已经从40G、50G拓展到了100G、800G,光器件控制越来越复杂。ADI基于ADuC7023等模拟微控制器,提供实现客户高密度光通信技术的模拟信号。

5G也为测试和仪器仪表端带来机会。从设计研发环节到验证研发环节,从芯片设计到模块到终端都需要一系列的测试设备来进行检测,围绕这些测试设备,ADI提供了相应的器件和技术,帮助客户快速实现产品设计。

MEMS是安全定位的最后一道屏障

MEMS已经广泛应用于自动驾驶、智慧城市、精准医疗等涉及高精度定位的领域,ADI亚太区微机电产品线总监赵延辉指出,MEMS惯导技术是安全定位的最后一道屏障。相比卫星、雷达、里程计等定位技术,IMU不依赖外部环境,能实现毫秒级的连续导航,在可供性、连续性、自主性方面存在优势。

MEMS和传统PZT(压电)相比也有很多优势。PZT的成本和MEMS存在差距,而且压电监测不了低频信号。例如桥梁监测等低频监测,是压电难以处理的。

MEMS还应用于地震预警,以加速计形式用于高密度辅助地震检测设备。例如ADI的加速度计ADXL362,在检测是否有振动发生时的功耗仅为270nA,受振动唤醒后,连续高速采集数据再分析振动波形时的功耗仅为3uA 左右,实现了低噪声和低功耗。

ADI MEMS的另一个亮点是振动抑制特性,能分辨振动是由转动引起的还是振动引起的,以实现振动抑制特性改良。在机器状态监测场景下,MEMS加速计通过测量振动,能确定轴承、齿轮或润滑是否出现故障。

ToF应用于三大领域

RGB双目、结构光、ToF是目前主流的深度相机方案。相比结构光以及双目技术,ToF的适配范围更广,从近距离覆盖到远距离,可以提取到更准确的深度信息。

ADI的ToF技术有两个特点。一是采用高感光度器件,提升室外抗干扰性;二是与CCD搭配使用,利用CCD的全局曝光和窄快门曝光,提升抗干扰性,提供更大分辨率以及更加小型化的模组。

ADI的ToF方案主要用于车载、金融、工业等场景。包括驾驶员监控、乘员检测、体态识别等车内传感手势识别,车外近距离人脸解锁,以及车外远距离辅助避障。据介绍,ADI的ToF可以实现20米的探测距离。在人脸支付领域,ToF可以用于活体识别。在工业领域,ToF可以用于包裹体积识别等三维信息采集,提升物流行业的工作效率。


责任编辑:张心怡
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