在数字化设计已成主流趋势和半导体产业潮起潮落的今天,一家模拟和混合信号器件供应商能够在最近的15年内一直保持36%的年均复合增长率,拥有6000多个产品和160种专有工艺技术,产品线覆盖从直流到千兆赫的模拟与混合信号IC,包括:微控制器、光纤、通信、无线RF、数据转换器、接口与互连、音频、视频、放大器、监控器、模拟开关、显示驱动器、电源和电池管理产品。平均每年能够开发600个专用产品,今天的市值与IPO时相比更是增加了骄人的9500倍,这就是Maxim(美国美信集成产品公司)创造的成就。为了深入了解Maxim成功的秘密,本刊特地采访了Maxim总裁兼首席行政长官Jack Gifford。Gifford博士被誉为美国模拟半导体工业的‘奠基之父’,今年初更被Institutional Investor Magazine评选为2004年度半导体产业最佳CEO。
Gifford:SiGe是最好的RF工艺。
Maxim目前拥有17个事业部和一个中央研发中心,每个事业部都拥有自己的研发队伍,负责各自领域内的新产品开发工作,中央研发中心负责为各事业部开发的新产品开发最合适的工艺技术,Gifford博士介绍道。“自创业以来,Maxim一直奉行的是以应用为导向和聚焦在模拟和混合信号领域的产品开发策略,”他表示,“各个事业部首先为现有的和正在兴起的应用列一个清单,然后寻找它们的主要供应商并了解它们的最新需求,最后再根据这一最新应用需求研究用哪种最合适的工艺来开发最量身定做的产品,亦即开发Perfect-Fit技术来满足特定用户的最新需求。”
这一策略正是Maxim不断稳步增长的秘诀,因为任何它开发和生产出来的产品都有应用市场来消化,从而规避了投资风险,并确保了Maxim一直处在一个良性发展循环之中。现在不少半导体供应商采取的是根据预测先开发产品再寻找市场的发展策略,此举虽可使自己永远站在应用需求市场的最前沿,但也的确冒着一定的市场风险。
Maxim的产品可说完全是从应用中来,再到应用中去,因此Maxim非常重视为客户提供包括参考设计、技术文档、设计指南和评估板套件在内的整体解决方案。Gifford博士强调:“我们不仅仅只是为客户提供硅芯片,而是更注重为他们提供硅工程解决方案。”Maxim目前所有的产品全部采用自己开发的制造工艺在自己的Fab里做,这使得它可以在确保产品质量和保证交货周期及批量的同时尽可能地降低成本。这一策略也从另一方面为Maxim在市场上的成功奠定了基础。
展望未来,尽管越来越多的消费电子和通信类产品朝基于MCU或其它处理器的智能化方向发展,但Gifford博士认为,市场对模拟和混合信号器件的需求仍将继续呈上升态势,这主要是因为应用市场对音/视频输入/输出、无线连接或控制、电源管理、生物识别和手写输入等的需求在增长。他说,一般来说,设计中每增加1个MCU,其外围平均就要增加15个元器件,而其中肯定有不少是模拟和混合信号器件。这说明数字化设计趋势不仅不会减少对模拟器件的需求,相反还会增加这一需求。过去十几年的历史也证明了这一点,即尽管对数字器件的市场需求有大幅涨落现象出现,但市场对模拟和混合信号器件的需求一直在逐年增长,即便在半导体产业最艰苦的2001年也是如此。
以应用需求为中心开发产品
综观Maxim的整个产品线,它一直是在围绕MCU/处理器周边的模拟应用需求而开发产品。最近,随着市场普遍预期明年UMTS手机终端的市场需求量将超过1亿部,以及3G市场在韩国、日本、欧洲和中国的逐渐兴起,Maxim也加大了对3G市场所需RF器件的开发力度。
尽管早在三年前,Maxim就已经专为WCDMA终端市场开发了高性能的发射器和接收器解决方案MAX2391/2395,但Gifford博士透露,Maxim即将推出由接收器MAX2541和发射器MAX2591组成的双芯片UMTS通用RF前端解决方案,它同时支持GSM/GPRS、EDGE、WCDMA和TD-SCDMA标准,外围只要再配上相应的基带芯片,就可组成相应的整体解决方案。后续产品还将包括对CDMA2000的支持。
Jack Gifford强调:“这是全球第一套专为UMTS终端开发的多模RF前端解决方案,其中MAX2591集成了3个PA(功放),这一水平目前全球只有Maxim才能够做到。”PA由于是大功率器件,一向很难集成到RF收发器中。
MAX2541采用零中频架构,含有5个针对不同频段的低噪声放大器。这两个芯片集成了除滤波器之外的所有RF器件,滤波器集成在基带中。基带接收下变频和量化后的RF信号后,再根据实际信号种类通过软件调整滤波器的带通频段,并决定采用何种解调方式进行处理。因此这套RF解决方案非常适合目前热门的软件无线电需要。不过,Gifford认为,软件无线电的不足是效率不太高。
MAX2541/2591与MAX2391/2395的最大区别是,新芯片组支持多模操作、集成PA、以及带有一个新的数字接口。该接口允许新芯片组直接连接到数字modem或应用处理器上,而不再像过去那样还需要一个外部ADC/DAC,因为ADC/DAC功能已被集成到MAX2541/2591中。新芯片组独特的架构使得用户无需增加任何额外成本即可支持多种移动通信标准。
此外,Maxim最近还开发出了针对TD-SCDMA市场的零中频架构接收器MAX2392和发射器MAX2507。Maxim声称,MAX2392是业界第一款直接转换TD-SCDMA接收器,它集成了LNA、混频器、基带滤波器、AGC放大器、VCO和合成器。与超外差式接收器相比,它可减少50%以上的成本、尺寸和元器件数量。
MAX2507发射器与MAX2392一样均采用SiGe工艺制造,它不仅集成了PA和高动态范围CDMA系统所需的整个发射电路,而且外部不再需要功率控制电路。这一高集成度使得它与其它竞争解决方案相比,大约可减少40%尺寸。Maxim声称,MAX2507是业界第一款带PA的可满足TD-SCDMA严苛性能要求的发射器。
SiGe + CMOS是未来工艺发展方向
目前不管是在消费电子、通信还是计算机领域,终端产品无不出现了小型化、低功率化和高性能化的设计大趋势,这迫使系统制造商要求半导体供应商提供更高集成度的、更低功耗和更高性能的芯片组解决方案,半导体供应商迫于形势不得不顺应这一潮流,Maxim自也不能例外。但由于这一要求在本质上是相互矛盾的,因此不同的半导体供应商不得不在它们之间进行平衡或折衷,亦即制订各自不同的产品开发路线。
目前大部分半导体供应商优先照顾集成度和功耗指标,这也是今天为什么越来越多的半导体供应商热衷于采用CMOS工艺开发系统级或子系统级SoC产品的一个重要原因。以当前最热门的手机的RF前端为例,TI通过几年的努力终于成功地采用CMOS工艺开发出了融RF收发器和基带于一体的GSM单芯片解决方案,美国Atheros通信公司今年三月份也采用CMOS工艺开发出了集基带和RF收发器于一体的单片PHS解决方案。
不过,尽管目前业界热衷于用CMOS工艺开发将RF前端与基带集成在一起的产品,但Gifford对此产品开发策略却并不完全赞同。他说,CMOS工艺不会为RF器件带来最好的性能。Maxim目前主要采用SiGe工艺开发RF器件,因为Gifford相信SiGe是最好的RF器件制造工艺。他不认为CMOS适合于RF器件的开发,尽管CMOS工艺能提供芯片开发商所需要的高集成度和低功耗。他强调,用CMOS工艺开发出来的RF器件往往存在着诸如灵敏度不高、噪声大、动态电压范围小以及匹配方面的问题,而SiGe工艺却能很好地解决这方面的问题。
一般来说,SiGe工艺较适合用来制造对性能有很高要求的RF器件,而CMOS工艺则更多地适合用于制造逻辑器件。当然,重要的是根据不同的应用采用最合适的工艺技术。“我相信,SiGe+CMOS将是未来的工艺技术发展趋势。”他说。
当然,“总的来说,单芯片收发器是未来的大趋势,尤其是TDD标准最适合用于实现单芯片收发器方案。”Gifford表示,“Maxim目前还没有将发射器、接收器和滤波器集成在单个芯片上的RF前端开发计划,但未来将会视技术可行性和商业需求来做决定。”
作者:陈路
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