“健康”、“环保”是近年全球媒体报道中最热门的关键词之一，而这些热点概念背后是巨大的产业商机，具体到电子行业而言包括家用及便携医疗电子设备、低功耗节能技术，如智能电表等等。在首届深圳集成电路创新应用展上发表的“珠三角电子产业最新现状及国产IC机会”的报告中，智能电表和便携医疗也分别成为了五大潜力应用之一。该报告透露，仅便携式医疗设备深圳就有上百家相关制造商，智能电表在深圳也汇聚了科陆电子、开发科技、思达仪表、龙电和浩宁达等国内业界知名厂商。
然而，一边厢研讨会讨论的全球热点，而另一边厢是本土IC参展商的“冷眼”——在本届展会上几乎难以见到本土集成电路设计企业相关的产品方案展示，仅深圳芯海科技展台展出了单相防窃电数字电表和便携医疗方案，以及上海贝岭展台提供了数字电表相关解决方案。何以现实可见的热点却成了剃头匠的挑子一头热呢？“相对于展场中可见的大量电源、LED驱动、便携娱乐产品方案而言，医疗电子具有很高的技术和市场门槛。”某参展商副总经理道出了其中原委，而数字电表同样具有类似的技术和市场门槛。
智能电表产品的核心芯片是计量芯片，其关键技术是对互感器采集的电压、电流信号进行模数转换。类似地，对于众多医疗电子产品来说，大部分的工作机理都是利用对传感器采集的病人生理信号进行数字转换，并通过后端的微处理器做出基本诊断，其中信号采集的模数转换器也是其中的关键器件，其性能决定了最终产品的整体性能。
图1：基于芯海CS7780芯片的单相防窃电电表典型应用
“目前，具有高精度ADC设计技术的国内企业寥寥，ADC的精度、功耗、抗干扰性、一致性与稳定性都是非常具有挑战性的关键技术，这导致了本土集成电路企业鲜有问津这些产品领域的。”芯海科技设计部总监刘小灵表示。具体而言，在高精度ADC设计中主要存在以下挑战：量化噪声及模拟部分各种器件的热噪声、1/f噪声，甚至数字电路随时钟节拍运行时产生的衬底噪声和电源噪声，这些噪声源都严重地影响高精度调制器的性能；高精度的ADC的高性能DSP滤波器模块也起着至关重要的作用，既要保证足够高的信噪比，又要考虑系统对信号的延迟；由于高精度ADC所探测的信号非常微弱，必须要通过前置放大器对信号进行放大来提高信噪比，而前置放大器在放大信号的同时自身也会产生噪声，并且会限制系统的共模输入范围，增加系统成本及功耗。
图2：基于CSU12xx和CUS10xx系列SoC的电子血压计
熟悉模拟电路设计的工程师都非常清楚，解决这些技术挑战通常依赖于工程师的设计经验。 “芯海ADC相关产品的核心设计团队均具有超过十年的模拟产品设计经验，这帮助我们克服了技术上的挑战。”刘小灵指出。据悉，该公司在上述关键技术攻关过程中共申请了“低温度系数带隙基准源”、“信号采样保持电路”、“一种电压调整装置”、“门控时钟产生电路”等多项专门针对高精度ADC的专利。“例如，为改进高精度Σ-Δ调制器的性能，我们在模拟部分设计充分考虑了这些噪声的调制和成型，创新性地使用了四阶随机斩波Σ-Δ调制器，利用调制器后面的降采样滤波器，我们可以将高频部分（基带以外）的量化噪声滤除，这样我们就得到了信噪声比极高的量化信号。” 刘小灵进一步详细阐述。
目前，该公司的高性能ADC技术已经获得国内超过千家整机厂商的采用，广泛应用于工业过程控制、衡器、便携式医疗设备等领域。据刘小灵透露，该公司将分别在今明年针对国家电网和南方电网推出完全符合国内标准的电力计量芯片CSE7780和CS77xx系列，目前CSE7780系列已经进入流片阶段并已完成完整方案原型设计。明年该公司还将继续推出专门针对血压计市场的专用芯片和完整方案。芯海科技在工业应用领域已经成功推出多个系列的集成高性能ADC技术的SoC方案，为什么没有针对电力计量应用推出SoC方案呢？“目前国内数字电表基本上都没有采用SoC方案，主要是主管机构对可靠性方面的考虑。”刘小灵指出，“在市场出现对SoC方案一定接受度条件下，我们完全有能力即时推出相关方案。”
作为电力计量和医疗应用而言，技术的门槛只是其一，而市场的门槛某些时候可能更高，事实上，集成电路设计企业中不乏具有较好技术而铩羽而归的案例。“除了具有完全的自主知识产权，我们在电表领域、衡器领域耕耘多年，有丰富的客户基础与行业推广经验，”芯海科技销售总监桑仁东指出，“我们将积极推行代理商的发展路线，与本土有实力的整机企业 和IDH紧密合作，给客户提供更具综合竞争优势的“Turn Key ”方案，体现本土领先IC设计公司的优势。”对于如何克服市场门槛，芯海科技似乎已经成竹在胸。
权威数据显示，2012年至2015年仅国内新安装智能电表数就将达到8,000万个，而2009年中国医疗电子市场已经超过200亿元的规模。如此庞大的市场规模背后，相关产品中却鲜见本土集成电路的踪影。近年来，本土集成电路设计企业已经成功实现在诸多领域为中国制造烙下中国创造的印迹，相信随着像芯海科技这样的本土企业在克服技术和市场的门槛后，会续写同样的精彩。 |
