从电子秤到智能电表,透视芯海科技在ADC技术上的“穿越”

高端观点：
    *  衡器市场为众多具备实力的本土集成电路企业所忽视
    *  更高精度和更低成本对ADC设计技术提出挑战
发展趋势：
    *  衡器到电力计量，实现ADC技发展趋势：
    *  瞄准MCU，ADC之外的新天地

在中国本土近500家集成电路设计企业中，您可以找到几乎所有类别的芯片设计企业，但以ADC技术为核心的企业并不多见，而真正成功的企业更是凤毛麟角，因为这是一个高度集中的市场，ADI一家企业就占据超过47%的市场份额。而深圳芯海科技（Chipsea）通过八年的执着努力，以具有自主知识产权的ADC技术为基础，以衡器市场为突破，一路走来成功实现主打产品在高精度电子秤、工业过程控制、医疗器械、仪器仪表等需要精密测量的场合中的广泛应用。而基于高精度ADC技术的电力计量芯片技术的成功应用，特别是符合国网新标准的智能单相电能计量表ADC芯片CSE7780的推出已经为企业所批量采用，开辟了一片新天地，实现在ADC技术上的成功“穿越”。

锁定衡器制造，“Chipsea Inside”
作为制造大国，中国企业在全球衡器制造领域一样具有举足轻重的地位。海关统计数据显示，2010年中国共出口衡器达8.5亿美元，出口到197个国家和地区，除去全球经济危机爆发的2009年以外，连续十几年以超过两位数的速度增长。然而，与很多其他行业一样，中国衡器行业从一开始就没有摆脱处于产业链低端的命运，ADC、MCU等关键器件几乎被ADI、TI、Maxim等巨头所垄断。国外半导体企业近乎垄断的地位决定了中国衡器整机企业有限的议价能力，过高的BOM成本让中国企业在国际竞争上处于不利地位，数年前电子衡器业还依赖于70多元一颗的进口高端IC到双积分、三积分电路。

深圳芯海科技发现了衡器这块为众多具备实力的本土集成电路企业所忽视的市场，以其具有独特专利技术的高精度Σ-Δ ADC技术作为基础，倾力于开发适合衡器应用的系列ADC产品。目前芯海科技已经成为国内领先的衡器计量解决方案提供商，有上千家制造企业选择了芯海科技的产品及解决方案。而在相同甚至更高的性能条件下更低的成本和及时、便利的技术支持使衡器制造企业大大降低了产品整机成本，提高了国际竞争力。中国衡器行业近年来持续快速的发展见证了芯海科技在衡器行业一步一个脚印的坚持与进步。

电子秤如今的趋势是朝着更高精度和更低成本的方向发展，因而对高性能模拟信号处理电路有更高的要求。高精度ADC设计技术具有极大的挑战性，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。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噪声等严重地影响高精度调制器的性能；高精度ADC的高性能DSP滤波器模块也起着至关重要的作用，而其设计难度很高；由于高精度ADC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……

芯海科技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，并于2007年率先在国内推出的24位高精度ADC芯片CS1242，一举填补了国内中高端电子衡器芯片领域的空白，解决了中国衡器制造商对高精度ADC芯片的需求。利用该公司系列计量芯片设计的口袋秤分度可高达三万分之一，完全能满足几乎所有常用衡器产品的精度要求。在CS1242之后，芯海科技相继推出了CS1180以及更低成本的CS1150、CS1168，还有更高精度和更高性能的CS1232，进一步巩固了该公司作为大陆领先ADC技术提供商的主导地位。

芯海科技更将ADC技术进行扩展应用，以高增益高精度型ADC为核心，将MCU作为ADC的后续处理单元，推出了专门用于高精度数据采集的SoC器件，系统的技术经济综合指标明显优于用其他器件构成的同类系统。其中CSU1221是一款国内首创应用于商用秤的SoC芯片，芯片采用8位CMOS单芯片MCU，内置4K×16位一次性可编程(OTP)ROM，带有2通道24位全差分输入或4通道24位单端输入的Σ-Δ ADC。CSU1221填补了国内带高精度ADC的SoC芯片这一领域的空白，去年推出的低成本高性能的SoC CSU1110以及CSU1000太阳能芯片继续了芯海科技在衡器芯片领域的领先技术性能表现。目前SoC已经成为芯海科技的ADC拳头产品，为大量衡器和工业应用产品制造企业提供了低成本的完整解决方案。

近年来，随着衡器解决方案精度的提高，厂家将关注点转移到其他关键特性上，其中迎合当今低碳环保理念的低功耗特性成为关键，特别是那些电池供电或太阳能供电的自动上位人体秤、口袋秤等当前市场上的热门衡器产品来说尤其如此。针对这种趋势，芯海科技国内首家推出最低功耗的自动上秤人体秤SoC方案CSU11系列芯片以及具有更低功耗更高性能的升级版CSU1000系列。芯海科技基于自主领先的ADC技术，在衡器行业持续发出中国集成电路企业最强的声音。

从衡器到电力计量，实现ADC技术的“穿越”
与衡器行业类似，中国同样是世界上最大的电能表制造中心，超过500家电能表制造商，年产量已攀升至1亿台。而中国国内本身就是最大的电表消费市场，仅2011年上半年，国家电网就公布了第三次智能电表招标，招标规模已达到4,171万只，达到去年全年的90%左右。随着智能电网建设在全球范围内铺开，智能电力计量已经成为众多设备制造和半导体芯片设计企业关注的焦点之一。

智能电表产品的核心是计量芯片，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，而无疑芯海科技已经广泛成熟应用的Σ-Δ ADC技术带来了最大的技术优势，芯海科技数年前就将市场和技术战略目标之一锁定到电力计量应用领域。芯海科技基于具有自主知识产权的ADC核心技术，几年前即开始积极布局相关产业，其中电力计量是该公司的重要市场。在公司成立两年后即推出了高精度单相有功功率计量芯片CSE7755，以及后续的高精度单相有功功率计量芯片CSE7755B、三相电能计量芯片CSE7752，多个系列的电能计量方案为进军巨大的智能电网市场奠定了坚实基础。

 

 

而去年底，芯海科技正式发布了一款符合国网新标准的单相多功能计量芯片CSE7780，是国内第一家完全符合国网新标准且动态范围达2000:1的单相多功能计量芯片。CSE7780采用了芯海科技成熟的3 路Σ-△技术，可分别用于相线电流采样、零线电流采样以及电压采样。在动态范围(2000:1)内，CSE7780能够提供两路电流有效值、一路电压有效值，非线性误差小于0.1%；在动态400:1的范围内，CSE7780还能保持小于0.5%的有效值误差。除了高精度和高稳定性外，CSE7780还提供了丰富的应用功能，诸如有功功率、有功能量、电流有效值、电压有效值、线频率、过零中断等功能，同时还提供全数字增益、相位、失调校准，有功能量脉冲从PF管脚输出等。

目前CSE7780系列已经进入客户的量产阶段。继CSE7780之后，该公司同时在研发针对南方电网、完全符合国内标准的电力计量芯片CS77xx系列，以及正在研发国网三相计量芯片，并完成了后续系列产品路线图的详细规划。芯海科技进军电力计量行业的战略版图已经日渐清晰。

瞄准MCU，ADC之外的新天地
在今年7月底举办的顺德小家电创新集成电路技术研讨会上，芯海科技第一次面向国内企业介绍了其针对遥控电风扇和RGB控制器的高抗干扰MCU CSU8RE2110芯片的应用技术，首次展示了芯海科技在ADC、SoC产品之外进军MCU市场的动向。

芯海科技在衡器行业率先推出SoC器件，使厂商在传统的ADC+MCU的分立方案基础上有了无论电路简化程度还是低成本上更具优势的新选择，而这也为芯海科技进军MCU市场提供了技术基础，例如拥有自主知识产权的RISC架构MCU以及芯海系列SoC中获得大量成功应用、拥有自主知识产权的编译开发环境。芯海科技尽管拥有多年成功SoC开发和应用的经验，能否再次复制其从衡器到电力计量市场的成功故事，实现企业产业版图的二次扩张，值得期待和观察。