信号链（Signal Chain）芯片

信号链一个系统中信号从输入到输出的路径。具体来说，信号链是对从信号采集（传感器）、信号处理（放大、缩小、滤波）、模数转换（A/D转换器）、到程序处理（微处理器）这一个信号处理过程的总称。由一个一个模块（芯片）组成一整条“链条”。

简单的说，所谓信号链芯片（就是Sensor+ADC+MCU），是连接真实世界和数字世界的桥梁。在信号链芯片的传递之下，真实世界的声音、压力、温度、湿度，图像，距离等真实信号会转变成了数字世界的信息，再将这些数字信号交由微处理器MCU进行处理。

信号链芯片的分类

信号链类芯片技术壁垒较高，主要的技术门槛在于是模拟数字转换ADC芯片的技术壁垒，目前市场采用最多的模数转换芯片按照结构和原理主要分为3大门类：

01.

Σ-Δ结构型高精度的ADC

所谓的 Σ-ΔADC的原理，就是利用过采样(Oversampling)技术、将噪声整形技术和数字滤波技术以很低的采样精度和很高的采样速率将模拟信号数字化，将高精度的转换问题化简为低精度的转换问题，增加有效精度。这种模数转换结构将会越来越多地出现在一些特定的应用领域中，采样精度高达24-36 bits；采样速率从1sps到几百Ksps；特别适用于在温度，压力，称重等低速、低频信号的采集。

由于采用混合信号CMOS工艺，可实现低价格、高精度的数据采集和数字信号处理；同时过采样技术和Σ-Δ调制技术，增加了系统中数字电路的比例，减少了模拟电路的比例，并且易于与数字系统实现单片集成。适应了VLSI(Very Large Scale Integration超大规模集成电路）技术发展的要求。

02.

SAR结构型的中高速ADC

更快的信号转换，如对于快速旋转的电动机，持续不断地需要互补的采样速度，编码器中具有高分辨率和快速转换速率的模数转换器（SAR-ADC）是其功能的核心。SAR-ADC的输入带宽(数十MHz)比采样频率高。所需输入信号带宽一般在10MHz内。

03.

Pipeline结构型的高速ADC

激光雷达系统在设计阶段面临的主要挑战之一，就是近红外波长要保持在人眼安全限值之下。查看接收链路，会发现系统的信噪比(SNR)会影响在远距离（100米至300米）检测小型目标的能力。ADC底噪不能超过接收路径中的其他噪声源。如背景光或散粒噪声贡献因素低于ADC的底噪或PCBA的噪声，系统精度就会受限。采用直接飞行时间（ToF）法要求系统可以输出短脉冲（1ns至5ns），且使用高采样速率ADC检测这些脉冲。采样速率必须达到1GSPS以上，Pipeline的技术结构才能满足接收信号链路需求。

信号链芯片的存在形式

目前信号链芯片主要以下3种形式存在：

01.

传统封装片、集成电路

02.

各种SOC 芯片中

SOC(System-On-Chip）是通过IP在晶元流片的过程中做成芯片的方式集成的低功耗,高精度模数转换器，是当今芯片封装技术研究的热点之一. Σ-Δ型在各种ADC中是一个强有力竞争者,它通过综合采用过采样,噪声整形及数字滤波技术,以速度换取精度,避免了对模拟电路性能指标及元器件匹配精度的苛刻要求,实现了其他类型的ADC无法实现的高精度和低功耗.此外,Σ-Δ型ADC与数字CMOS工艺兼容,可以充分利用现在VLSI技术高集成度,低成本的优点,完美应用到SOC上.

03.

数字集成芯片SIP

SIP意思System In a Package系统级封装，是通过封装的方式做成一个芯片，是将多种功能晶圆，包括传感器、处理器、存储器、蓝牙、温度、基准源等功能晶圆Die，根据应用场景存在于各类数字传感器芯片或者数字调试芯片中，因SIP封装基板层数等因素，集成在一个封装内，从而实现一个完整芯片级的封装方案。

信号链芯片面临的挑战

在混合信号集成电路(Mixed-signal ICs）也就是国内所说的信号链芯片，指在单一芯片中集成有模数转换器、数模转换器、放大器、基准电源、传感器Sensor、数字信号处理器功能的集成电路芯片。这种混合信号的集成和SOC/SIP技术的普遍发展，造就了几家国际知名的信号链芯片公司如，Melexis, AMS, Sensirion,TE等。

信号链芯片主要的供应商有德州仪器TI（BB）、亚德诺ADI（LTC 凌特），美信Maxim，Cirrus Logic，Microchip等以及上面提到的几家国际公司；国内的信号链芯片设计公司也陆续推出过一些信号链芯片，发展的趋势从单一的ADC芯片、称重测量的信号链MCU（乡村爱情，可选择少，双方结合主要的目的是为了过日子）转向压力，温度，湿度方向的数字传感器方向的发展（城市白富美，定位高，品类多，要求高，富有挑战）。

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