國產高精度、高速率ADC芯片，正在崛起

原標題：國產高精度、高速率ADC芯片，正在崛起

在電子信息產業的複雜生態中，模數轉換器（analog-to-digital converter，ADC）是連接模擬世界與數字世界的「橋樑」。作為電子信息系統的核心器件，承擔着將連續變化的模擬信號（如聲音、電壓、射頻信號等）轉化為離散數字信號的關鍵任務，其性能直接決定了電子設備對外部信息的採集精度與處理效率。而高性能ADC是集成電路設計領域的研究熱點與難點，是最複雜、難度*的模擬集成電路。

最近，新凱來旗下子公司萬里眼研發的90GHz超高速實時示波器，採樣率達到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芯片技術的支撐，這一成果背后，正是我國在ADC芯片領域實現關鍵突破的有力證明。

高性能ADC受到進口限制

要理解ADC芯片的重要性，首先需明確其技術分類與應用需求。

根據採樣定理，在模擬信號到數字信號的轉換過程中，採樣率至少達到模擬信號帶寬的2倍，採樣后的信號才能完整保留原始信號的全部信息，而保證採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。基於這一原理，結合信號帶寬和採樣率的關係，ADC可分為奈奎斯特型ADC和過採樣型ADC兩類；若按結構和工作方式劃分，又可細分為 SAR ADC、Delta-Sigma ADC（Δ-Σ ADC）等多種類型，不同類型的ADC在性能側重上各有不同，適配的應用場景也存在差異。

具體來看，奈奎斯特型ADC往往偏向高速方向：其中Flash ADC主要應用於轉換速度要求極高的場景，比如高速通信領域；Pipeline ADC（流水線ADC）在保證較快速度的同時，還能實現中高精度，因此廣泛應用於無線通信和部分圖像傳感領域；普通的SAR ADC具備中等精度和較快速度，主要優勢在於能源效率，非常適合物聯網、便攜設備和生物傳感等對功耗敏感的領域；而由SAR ADC構成的Pipelined-SAR ADC，能夠在保持較快速度的基礎上進一步提升轉換精度，拓展了其應用邊界。

與之相對，過採樣型ADC往往偏向高精度方向：Delta Sigma ADC是典型的過採樣型ADC，在高精度領域優勢顯著，但帶寬有限和能效較差；Zoom ADC通過結合Delta-Sigma ADC與SAR ADC，以較小的面積和功耗開銷實現了高精度轉換；NS-SAR ADC則是一種基於SAR ADC的過採樣ADC，相比Delta Sigma ADC更側重提升帶寬，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域均有應用。

隨着無線移動通信、物聯網與傳感器、光傳輸和光通信、智能傳感器等新興應用領域的快速發展，以及雷達與精確制導、儀器儀表與醫學成像等傳統應用領域的技術革新，對模數轉換器的性能需求不斷增加。射頻信號感知與測量等領域要求模數轉換器覆蓋寬帶，同時兼顧高精度，例如電子對抗、電磁干擾等系統需要12∼14位10+GS/s射頻採樣模數轉換器，高速高精度示波器需要12位不低於10 GS/s的模數轉換器；光通信與有線通信等領域需要中等精度採樣率達到64+GS/s的模數轉換器；精密工業控制與智能傳感等領域要求低延時分辨率超24位的超高精度模數轉換器。

然而，長期以來，全球高端ADC市場始終被少數國外企業壟斷。更值得關注的是，美國將部分高分辨率、高速ADC產品納入出口管制清單，例如採樣速率400MSPS（Million Samples per Second，即每秒百萬次採樣）以上的12-14bits ADC，這不僅限制了國內高端電子設備的研發與生產，更對我國電子信息產業的自主安全構成了潛在威脅。

在此背景下，國內企業近年來持續加大研發投入，突破技術瓶頸，在高速、高位寬兩大核心領域實現了高端ADC的全面突破，同時高端模擬生產線建設也加速推進，正逐步打破國外壟斷格局。

高速ADC實現性能躍升，助力國產示波器突破

高速ADC作為雷達、5G通信、無線傳輸等領域的核心器件，其採樣率與精度直接決定了設備對高速信號的捕捉能力。此前，國外企業在該領域長期佔據技術高地，國內產品難以企及。但近年來，國內企業不斷突破技術極限，推出了多款性能達到國際*水平的高速ADC產品。

迅芯微電子在高速ADC領域展現出了強勁的技術實力，其AAD08S056G是採用CMOS工藝製造的高速模數轉換芯片。採樣率最高可達50GS/s，分辨率為8bit。該芯片採用多路時間交織ADC（TI-ADC）架構，共集成128路子ADC，每一路ADC採用低功耗逐次比（SAR）架構。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。芯片將轉換的8bit數字信號與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及應用」斬獲中國儀器儀表學會科學技術獎技術發明一等獎。項目亮點顯示，全力聚焦超高速高精度ADC/DAC芯片研發，突破100+GSa/s採樣率、12bit精度技術瓶頸，滿足高端示波器、光通信設備國產化需求。這也是國產示波器突破背后的關鍵技術之一。

另一家在高速ADC領域持續發力的企業是成都華微。9月1日晚間，成都華微發佈公告，宣佈公司研發的4通道12位40G高速高精度射頻直採ADC於近日成功發佈。這款型號為HWD12B40GA4的ADC芯片4通道模式下支持採樣率24~40GSPS可配置，雙通道模式下支持採樣率48~80GSPS可配置。輸入模擬帶寬高達19GHz，噪聲譜密度低至-152dBFs/Hz，無雜散動態範圍在輸入頻率18GHz內(Ku頻段內)高達54dB以上，輸出採用96對JESD204C高速串行接口，支持芯片內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，該芯片採用全自主正向設計，擁有完全知識產權，其生產工藝依託國內廠商，真正實現了從研發到生產的全鏈條可控，目前已申請多項國內外發明專利，徹底擺脫了對國外技術與生產環節的依賴。

高位寬ADC精準對標國際高端

如果説高速ADC的核心競爭力在於「速度」，那麼高位寬ADC則更注重「精度」。

高精度ADC一般指分辨率超過14 bit的ADC，常應用於音頻、測量、生物醫療等領域，在數據採集、工業控制、醫療電子等領域發揮着不可替代的作用，例如在醫療影像設備中，高位寬ADC能夠精準轉換微弱的生物電信號，為疾病診斷提供清晰、準確的數據支持；在工業自動化控制系統中，它能精準採集傳感器信號，保障生產過程的穩定性與精度。此前，國內高位寬ADC產品在性能上與國際高端產品存在明顯差距，但近年來，國內企業迎頭趕上，推出的多款高位寬ADC產品已實現精準對標，成功打破了國外產品的壟斷。

海思在高位寬ADC領域的突破具有代表性，其推出的SAR（逐次逼近寄存器）架構ADC產品——AC9610，在高位寬領域實現了重要突破。該芯片在採樣率達到2MSPS的情況下，採樣精度高達24bit，直接對標ADI的高端產品AD4630-24。AD4630-24作為國際高位寬ADC領域的標杆產品，憑藉高精度、低功耗的特性，長期佔據國內高端市場。海思AC9610的出現，不僅在性能上與AD4630-24持平，更在成本與供應鏈穩定性上具備優勢，為國內需要高精度信號轉換的設備廠商提供了更優選擇，推動了國內高位寬ADC市場的國產化進程。

另一家企業，核芯互聯也在多通道高位寬ADC領域也取得了重要進展，正式發佈全新一代8/4通道24位同步採樣模數轉換器（ADC）——CL2468。該芯片在性能與兼容性上表現突出：在採樣性能方面，具備8通道同步採樣能力，最高採樣率可達512Ksps，同時擁有*的動態性能與靈活的功耗調節方案，能夠滿足不同應用場景下對精度、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的經典產品AD7768，這意味着使用AD7768的客户無需對現有系統進行大幅改造，即可直接替換為CL2468，降低了國產化的成本與難度。此外，CL2468還提供拓展寄存器配置，可進一步提升採樣率與輸入帶寬，為未來更高性能需求的應用預留了升級空間。

CL2468的推出，為數據採集、工業控制、醫療電子等領域提供了高精度、低功耗的信號轉換解決方案，不僅填補了國內多通道高位寬ADC領域的技術空白，更推動了相關行業的國產化進程，提升了國內電子設備廠商在全球市場的競爭力。

高端模擬生產線保障產能與自主

技術突破之外，產能保障是推動國產ADC持續發展的另一關鍵。

日前，士蘭微宣佈公司及全資子公司廈門士蘭微與廈門半導體、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製造生產線項目。這一項目的落地，標誌着國內在高端模擬芯片生產領域邁出了重要一步。

從項目規劃來看，該12英寸高端模擬集成電路芯片製造生產線項目落地於廈門海滄區，規劃總投資高達200億元，分兩期實施：一期投資100億元，計劃於2027年四季度正式投產，投產后月產能可達2萬片；二期將再投資100億元，新增月產能2.5萬片，項目全部達產后，月產能將達到4.5萬片（摺合年產54萬片）。

從產品定位來看，士蘭集華作為該項目的實施主體，其生產的產品將瞄準汽車、工業等領域的關鍵芯片。汽車電子與工業控制領域對芯片的可靠性、穩定性與精度要求極高，此前這些領域的高端芯片長期依賴進口，該項目的投產將填補國內在這些領域關鍵芯片生產的空白，進一步完善國內高端模擬芯片產業鏈。

近年來，國產高端ADC在技術與產業層面均取得了突破性進展。未來，國產高端ADC的發展仍需在以下方面持續發力：一是持續優化芯片性能，在提升採樣率、精度的同時，進一步降低功耗與成本，提升產品在全球市場的競爭力；二是拓展應用場景，除了當前覆蓋的雷達、5G通信、工業控制等領域，還應向新能源汽車、人工智能、量子計算等新興領域延伸，挖掘市場潛力；三是完善產業鏈協同，加強芯片設計、生產、封裝測試等環節的協同合作，推動國內ADC產業鏈整體升級。

隨着技術的不斷進步與產業生態的逐步完善，國產高端ADC必將在保障我國電子信息產業自主安全、推動產業高質量發展中發揮更加重要的作用，未來有望在全球高端ADC市場佔據重要地位。

未來ADC芯片的發展趨勢

展望未來，ADC芯片的技術迭代將圍繞架構創新、工藝升級與智能化融合展開。

首先，隨着工藝節點不斷縮小，傳統架構ADC面臨速度和能效瓶頸，而混合架構ADC具有速度快、能效高、適應先進工藝的優點，因此成為未來高速ADC發展的主要方向。

其次，在工藝選擇上，由於化合物工藝器件的截止頻率遠高於硅基工藝，同時GaN、InP等化合物半導體自身具備優於硅基的耐壓特性，能夠有效解決可靠性問題，因此採用基於化合物半導體工藝，成為未來超寬帶射頻採樣前端的發展趨勢。不過，受限於成本和工藝實現複雜度，未來相關研發工作可能會更多集中於採樣電路規模的縮減以及工藝的優化方面，以平衡性能與成本。

此外，ADI和TI有3500多種ADC產品，而國內只有300多種，在產品種類上存在巨大差距。而高性能ADC的研發周期長，研發投入大，成本高昂，難以適應市場快速迭代以及激增的需求。可重構ADC成為研發趨勢，途徑之一是可編程的數字抽取濾波器人工智能、神經網絡等未來可輔助實現更高性能的ADC。途徑之二是針對高精度ADC本身進行不同模塊的重組，實現跨架構系統可重構以及多場景多模態高精度應用。

值得關注的是，人工智能、神經網絡等技術也將為ADC性能提升提供新的助力。通過使用遺傳算法、粒子羣優化、神經網絡等AI算法，迭代誤差函數係數，使適應度函數*（或最小）化，有望有效消除ADC誤差。這類方法通常具有收斂速度快、校準範圍大、校準誤差種類多的優點，將成為提升ADC精度與穩定性的重要技術方向。