2005年12月初我在位于美国Dallas的TI总部进行了为期3天的采访,本文是基于该次采访的第二部分,重点介绍模拟、DRP(数字射频处理器)、多媒体处理器和数字电视等方面的内容。在文章中,不仅会谈到TI自身的技术和产品,也同时会涉及到TI的高层对技术发展方向以及应用的观点,为中国的电子行业人士确定研发方向和全面了解TI的技术和产品提供参考。
采用SiPix的电子纸制造的显示器可以是任何形状,且待机功耗为0。
高性能模拟器件:提高性能和创新并存
高性能模拟器件(HPA)的应用无处不在,基本上所有电子产品中都会使用高性能模拟芯片。在2004年,模拟产品约占据了TI收入的40%。数年前,TI通过收购Burr-Brown、Unitrode和Power Trends等公司,使自己在HPA领域的优势大大增强。
“模拟器件应用基本上分为两大块。一块是标准应用,其特点是较长的产品生命周期和高性能；另一块是垂直应用,技术上的特点是实现高集成度,”TI高性能模拟高级副总裁Gregg Lowe说,“高性能模拟器件寿命可以达到15~20年,我们现在所采用的平均工艺线宽为0.25至0.35微米。这与 数字技术平均18个月生命周期、60至90纳米工艺完全不同。领先的工艺技术,以及在低噪声、低失真等高性能的前提下保证速度指标的经验都很重要。模拟电路设计相比数字电路的设计需要更多的经验,它更像一门艺术而不是一门科学。”
TI采用的模拟工艺技术包括:提供高速度的采用互补硅锗工艺(SiGe)+CMOS的BiCom3工艺、面向高电压采用线性介电隔离实现110V电压的LBC-SOI工艺以及采用CMOS技术实现低功耗的HPA07工艺。
TI的高性能模拟产品超过15,000种,新产品不断增加。例如,TI第一次将数字信号调理整合进电源管理,推出了数字电源。“TI这样做是因为我们看到了一个现象:很多电源客户不懂如何用DSP,而DSP客户又不懂电源。但是我们掌握这两方面的技术,可以帮助实现两方面的融合,”Lowe表示,“我们看到数字电源正在快速发展,标准也正在制订当中,但它不会取代传统的电源管理技术,以后数字电源肯定不会向数字领域靠拢,而且从应用的角度上看目前也只在一些较大功率的设备中。”
高性能模拟产品部系统电源产品线工程经理Dave Freeman介绍了数字电源的三个优势,第一,可以降低设备中的器件数量,例如在一台网络UPS中采用传统和数字电源架构的器件数量分别为1,700个和1,100个；第二,数字电源的升级可以用软件实现；第三,软件的使用有益于IP保护。
TI最近推出的一些高性能模拟产品包括:14比特、速度为190MSPS的高速数据转换器；最高带宽24比特的工业ADC；16比特10MSPS精密数据转换器；以及可对电池阻抗和电量进行自动检测、精度达99%的电源管理IC等。
DRP工艺:实现单芯片的关键技术
在通信半导体领域,TI一直是高集成度的倡导者。DRP(数字射频处理器)是该公司在半导体工艺技术上的一个突破,利用CMOS工艺实现射频功能。TI在其多款涉及到数字和射频集成的器件中广泛采用了DRP技术,包括蓝牙芯片、LoCosto低价单芯片手机解决方案、以及OMAP处理器。
DRP使在单芯片上集成数字基带、存储器、射频、电源管理和模拟基带成为现实。DRP真正的挑战并不只体现在高集成度上,而更多地反映在成本和功耗的同步降低。
“只有电路设计和系统方面的技术是创造不出来DRP的,还需要工艺技术和制造技术的整体合作,”TI无线终端业务部技术战略总监Mike Yonker表示,“你们可能注意到还有一、二块芯片没有集成,这是因为如果在集成过程中达不到降低功耗、降低成本的目的时,TI就不会去做集成。”
TI推出了业界首颗手机单芯片解决方案LoCosto。诺基亚是第一个宣布使用此芯片的用户,摩托罗拉和TCT(TCL通讯)也相继宣布使用此芯片。采用DRP技术的单片蓝牙产品小于0.5平方厘米,同时,TI也通过90nm CMOS工艺研制出第一个专门应用在手机上的单片WLAN芯片。Hollywood单芯片接收器(30mW DVB-H模式)把射频调谐器、解调器及处理器整合在一起,与OMAP处理器配合工作将DTV也带入了手机,并使单芯片3G手机成为可能,而事实上,TI针对3G、3.5G、3.9G的DRP设计今天正在开发中。
“蓝牙和WLAN在手机上共存势在必行,同时支持语音/语音以及语音/数据。其中,语音/语音的挑战更大,因为这种应用不能等待、不能延时。目前蓝牙的芯片尺寸已经很小,整合进OMAP处理器的可能性已经很大,在多种应用和协议共存的情况下,主芯片能否进行识别和无逢连接就十分重要,”TI无线终端业务部蜂窝系统与软件首席技术官Rick Wietfeldt博士这样分析了由于手机实现最大化连接带来的对无线连接的需求,“我们预测当蓝牙在手机的应用达到70%时,将会极大地推动WLAN在手机上的应用。”
使用DRP技术的小尺寸单片蓝牙和WLAN芯片使TI更坚定了高集成度的信心,目前TI有7项连接解决方案均采用了DRP技术。按照Wietfeldt博士的介绍,TI的蓝牙和WLAN共存方案在工作方式上采用了不同时工作的控制机理,防止彼此间的干扰。
目前全球有超过20款手机/PDA采用TI移动Wi-Fi解决方案；超过18款手机/PDA采用TI的Wi-Fi与蓝牙共存技术。
多媒体和3G应用:OMAP平台提供升级和软件重利用支持
采用SiPix的电子纸制造的显示器可以是任何形状,且待机功耗为0。
在多种移动通信标准中,GSM仍占据中国的主流。“TI现在的技术研发重点放在GSM方面。当发展到3G阶段时,UMTS将占据主流,并在全球会占到70%,”TI无线终端业务部蜂窝系统全球产品战略经理Jay Srage表示,“我们预测中国会在2006年发放3G牌照,TD-SCDMA将成为中国重要的3G标准之一,不过它还有待完善。”
在多种标准共存的情况下,架构的灵活性就得到了充分的体现,TI凭借着DSP这种可编程器件的优势,可以利用软件平台来适应不同的架构。“OMAP-Vox就是一个面向多种标准和细分应用的平台,同时,软件的再利用节省了大量的设计工作和研发时间,”Srage说,“TI和其他公司方案的最大差异是,后者的芯片如果换平台,软件就要重新开始设计。而你可以从TI和诺基亚的合作中看到,诺基亚的百万条的代码都可以重新使用,并且调制解调器也整合在其中。”
OMAP2230据称是业界首款集成式UMTS解决方案,将于2006年量产,包括了基带、应用处理器和Modem,但没有集成RF部分。器件具备600万像素摄像头和速率高达VGA 30 fps的视频记录回放的性能,支持多种操作系统(Linux、Symbian OS、Windows Mobile以及Nucleus)。
未来3G应用的推动力集中在消费类应用中,多媒体功能是应用之重,TI的OMAP 2平台面向移动娱乐领域,采用了可实现并行处理的多引擎处理器架构。例如,采用ARM 11内核进行控制,用DSP完成VoIP以及消音工作,通过3G图像引擎处理复杂的游戏图形等。
OMAP2430处理器是OMAP2系列中的第二代产品,将于2006年2季度面市。其软件与第一代完全兼容,专门面向支持多媒体功能的智能电话而开发,在降低功耗和成本的同时,其视频性能提高了4倍。“OMAP 2使手持终端也能实现高质量的电视画面。由于先进的压缩功能可支持H.264、Windows Media Video 9以及RealVideo标准,因此运营商只需很小一部分带宽就能实现与MPEG 4等编解码器相同级别的视频质量,”Srage强调,“OMAP2通过两方面降低功耗,首先是工艺和设计；其次是动态调整各个内核工作状态。如果以通话6小时相比的话,可以播放MPEG 4视频3小时,H.264则为2小时。”
我认为:一方面,新兴的高质量视频压缩标准,如H.264,需要更高的处理器能力,这为OMAP 2或其它类似的器件提供了应用的平台；另一方面,视频作为未来多媒体应用的主流,具备能节省视频带宽资源处理能力的终端设计将会胜出。
数字电视和IPTV:视频应用的增长点
在我们强调了在便携设备上看电视后,还有另外一大块的市场就是高清电视。在中国,政府推动在2008年北京奥运会前完成向DTV的转型；而在美国,联邦通信委员会(FCC)强制要求美国所有电视接收机及其他电视接收设备必须在2007年3月1日前配备DTV调谐器。同时,美参议院强制命令于2009年4月7日前结束模拟广播。这些都是驱动DTV高速发展的动力。按照IDC的统计数据,在2004年,全球数字电视的占有率是13.1%,到2009年,数字电视会占到31.5%,但是如果加上STB将会有43%的份额。
“中国关于高清电视的叫法有些混乱。高清电视并不要求能显示高清,而也要求能输入高清信号,”TI数字视频产品部总经理王许成表示,“在TI和创维的联合发布会上,创维推出了采用TI TVP 9000设计的数字电视一体机；在深圳的高交会上,TCL也宣布了中国第一台数字高清有条件接收能力的LCD TV,也是使用了TVP 9000。TI特别给中国客户提供了即用型的参考设计。”
在中国,大部分的家庭是采用有线方式收看电视节目,所以最简单的办法就是平移,即把模拟电视变成数字电视。现在的机顶盒存在的一个问题就是地域性,机卡分离的做法可解决这个问题。中国可能采用机卡分离多标准方案。
按照王许成的介绍,目前有两种方法可以将普通电视变成有条件接收能力的数字电视:一种是加模块,这个模块采用诸如TI的TVP 9000做高清解码,用常规的解调器,加上支持软件就可以实现。这种方案实际上都只发挥了两个处理器各自一半的能力,但可以加快产品上市的时间；另一种就是通过一体化的设计,直接用诸如TI的单片TVP 9000实现,TI将提供完整的DTV软件包,客户可以通过修改外部接口的菜单或者图象质量实现产品差异化。
作为一个新兴应用热点,IPTV不仅可以看电视,而且可以用来看电影、听音乐、打电话、交换电视节目内容。要实现这么多种应用,而且应用的压缩标准有可能还不一样,TI认为有前途的平台应该是可编程的。
“IPTV正在启动阶段,整个工业环境比较复杂,每个运营商都等待新标准的出现。在初期阶段,很多解码器都要并存,所以解码器的互换互用是非常关键的。”TI的DSP视频与成像产品部科技委员会荣誉委员兼首席技术官Jeremiah Golston认为,“我们认为IPTV会在2007年正式启动,增长速度要较宽带快。”TI的“达芬奇”开放式平台,可以使客户在同一个硬件平台上不断推出新的IPTV产品。
作者:张毓波
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