本文說明 ADI精密訊號鏈μModule解決方案為系統設計人員提供外型精巧且可彈性客製化整合解決方案，協助以簡化設計、提高性能並節省寶貴的開發時間。有助於客戶提升優勢，使得性能卓越的產品能更快進入市場。

超大規模整合（VLSI）電路技術飛速進步，訊號處理此一涉及多方面的學科應運而生，並廣泛應用於電信、音訊系統、工業自動化、汽車電子等諸多領域。為了支援這些應用，許多人開展大量研究，目的在於設計出高性能、分立線性、精密的訊號鏈模組。

本文將說明ADI精密訊號鏈μModule解決方案如何透過系統級封裝（SiP）技術實現異構整合，並透過為系統設計人員提供精巧、可彈性客製化的整合解決方案以協助簡化設計、提高性能並節省寶貴的開發時間，滿足相關市場需求。此種方法為希望利用領先技術能更快進入市場的客戶帶來了極大的優勢。

什麼是精密訊號鏈μModule技術？

精密訊號鏈μModule為一種系統級封裝（SiP）技術，能夠將不同的電路整合在一起，同時保持超高水準性能。ADI精密訊號鏈μModule解決方案目的在透過將先進元件、iPassives技術和先進的2.5D/3D裝配技術整合到更小的封裝中，實現更高的密度，同時保持對系統元件的智慧和高效管理（圖一）。

這些μModule元件可作為訊號鏈的可靠建構模組，協助系統設計人員以更實惠的方式提高整合水準、加速上市、改善速度性能並降低功耗，無需額外的外部電路偵錯或優化。

圖一 : 系統級封裝

主要特點

整合的力量

精密訊號鏈μModule解決方案將多個類比和數位元件整合到單一模組中，彰顯了訊號鏈設計的明顯進步。這是利用ADI的iPassives 技術及其卓越的訊號處理IC實現的，其透過SiP技術封裝整合，可在非常短的開發週期內創建性能和穩健性俱佳的μModule 元件 。正如積體電路包含許多電晶體，整合被動元件也可以在非常小的面積內包含許多高品質的被動元件。

現在，運用單一元件就能實現過去需要電路板才能實現的系統功能。這些模組結合了放大、濾波和類比數位轉換等功能，無需使用單獨的元件來設計複雜的訊號鏈。因此，互連寄生效應（電感、電容和電阻）明顯降低。這些優勢共同造就了功能完備、性能優越的開箱即用解決方案。

較短的開發週期有助於大幅降低成本，此外，該解決方案採用的封裝方式均十分精巧，這種整合方案不僅透過提高佈局的空間效率實現了整體功能、縮小物理尺寸，並且優化訊號鏈的性能和可靠性。其中的被動元件是在相同時間和相同條件下製造的，因此元件之間的匹配性能更佳。

該解決方案可將元件選擇、優化和佈局從設計人員轉移到元件，進而減少設計反覆運算。得益於其專業的矽製程，ADI生產的精密訊號處理系統高度可客製化，並且性能卓越。圖二說明了該解決方案的尺寸較為精巧。此外，該方案並能協助系統級設計人員降低總體持有成本及縮短產品上市時間。

圖二 : 減小解決方案尺寸

釋放性能潛力

精密訊號鏈μModule解決方案目的在克服前端積體電路設計和製造技術的限制，實現優越的性能，以滿足快速發展的電子產品客戶需求3 。透過精選元件、採用精密的類比設計技術和先進的佈局優化方案，這些模組可確保高訊號完整性、低雜訊和準確的訊號處理。無論是擷取感測器資料、放大訊號、或是在類比域和數位域之間進行轉換，精密訊號鏈μModule解決方案都能以卓越的品質充分發揮訊號處理的全部潛力。

ADI iPassives技術可確保同類的機械環境。為了實現這一點，佈線電阻和電感等互連寄生參數保持在較低水準，而存在的少數寄生參數具備較高的可預測性和可靠計算。圖三顯ADAQ4003在不同增益和不同輸入頻率下的卓越性能。

圖三 : ADAQ4003的動態範圍和不同輸入頻率下的SNR與過取樣速率（OSR）的關係。

客製化和彈性

在確保高整合度的同時，精密訊號鏈μModule解決方案並為系統設計人員提供了訊號鏈設計的彈性。該解決方案高度可配置，使用者可根據特定應用需求對所有元件進行智慧劃分，進而自行設定訊號鏈的參數和特性，如圖四所示。憑藉可調增益、頻寬、濾波選項和其他可客製特性，這些解決方案提供了一個能夠因應各種設計挑戰的多功能平台。

圖四 : 源表（SMU）簡化框圖

降低整體持有成本

在系統的整個生命週期中，會產生許多與系統支援相關的二次成本1 。由於分立式元件的固有特性，在電路的整個工作溫度範圍和生命週期內，其性能不可避免地會發生退化。在採用精密訊號鏈μModule解決方案建構的系統中，影響性能和製造良率的被動元件已整合到μModule元件中，因此其二次成本較低。圖五說明了用精密訊號鏈μModule解決方案取代分立訊號鏈可以降低二次成本。

圖五 : 二次成本

訊號鏈μModule產品反映的限值涵蓋了整個訊號鏈性能，確保製造過程的一致性和高良率，有助於減少生產線中出現良率問題的可能性，降低技術支援成本，並更大幅提升製造產量。

此外，由於被動元件是每個電子子系統不可或缺的一部分5 ，因此將其整合到襯底將會為性能改善帶來可能。此種整合可以減少與溫度相關的誤差源。不僅如此，並使得製造過程中無需對訊號鏈進行耗時費力且成本高昂的溫度校準（圖六）。透過儘量減少PCB上的分立元件數和互連數，可以減少焊點，進而提高系統可靠性，並降低現場支援成本。

圖六 : 使用精密訊號鏈μModule技術降低擁有權總成本

易用性和快速原型製作

精密訊號鏈μModule解決方案可簡化設計流程並顯著縮短開發時間。核心經過預先設計、製造、表徵和測試，因此設計階段得以縮短。精密訊號鏈μModule解決方案具備預配置的訊號鏈，以及評估板和軟體發展套件等豐富的支援資源，設計人員可以輕鬆獲得良好的性能並簡化設計過程。

圖七為訊號鏈套件實例，展示精密訊號鏈μModule解決方案的高性能。

圖七 : ADSKPMB10-EV-FMCZ訊號鏈套件

從設計人員的角度來看，ADI iPassives 技術是一種非常彈性的設計工具，可用於產生精密訊號鏈μModule解決方案，並能在非常短的開發週期內設計出系統解決方案。系統設計人員可以專注於系統級設計和功能，而不再需要糾結於複雜的電路級實現。快速原型製作和系統驗證變得更加容易，從系統定義到零件交付的整個開發週期更加高效，創新應用成為可能。

應用領域廣泛

精密訊號鏈μModule解決方案能廣泛應用於許多產業，涵蓋各個領域，例如：

通訊

大多數無線通訊產品需要數位、類比和射頻電子元件協作，以支援訊號的無縫傳輸和接收。為此，精密訊號鏈μModule解決方案將增強收發器、基地台和網路基礎設施的性能。這些解決方案將射頻電路與數位電路分開，進而有效減輕了雜訊敏感射頻電子元件數位對應部分所產生的電磁干擾6。

以ADAQ8092為例（圖八），為一款雙通道系統級封裝整合三個通用訊號處理和處理模組，可支援各種解調器應用和資料獲取應用。該元件整合所有主動和iPassives 元件，不僅形成完整的訊號鏈，並且尺寸比分立解決方案縮小了6倍。內建電源解耦電容增強電源抑制性能，使其成為可靠的DAQ解決方案。ADAQ8092採用3.3 V至5 V類比電源和1.8 V數位電源供電。數位輸出可以是CMOS、雙倍數據速率CMOS或雙倍數據速率LVDS。

圖八 : ADAQ8088框圖

工業自動化

就工業應用而言，最近的半導體技術進步主要推動了三種創新趨勢：功率密度和能效、數位功率控制的普及以及安全性7 。精密訊號鏈μModule解決方案為工業自動化系統提供精密訊號處理能力，確保實現準確的測量、控制和驅動。

工業通訊網路使得機器和控制系統之間實現即時通訊，進而推動製造場景的智慧化和安全化發展。精密訊號鏈μModule解決方案可以為數位控制系統的開發和新穎的連接解決方案提供支援，進而能夠時刻保障人身安全7。

系統安全對於確保人身安全和保護環境非常重要7。近年來，半導體技術的新製程方案取得了重大進展，安全監控系統可以同時兼備良好的通訊速度、功耗、尺寸和可靠性等特性。精密訊號鏈μModule解決方案透過整合方法，實現尺寸精巧、功耗低、可靠性高和通訊速度快等優勢。

工業自動化系統從多個感測器節點收集資料，並將資料傳輸到中央狀態監測系統進行資料分析。狀態監測（CbM）是一種預防性維護策略，使用了各種類型的感測器持續監測資產的狀況。CbM可用於建立趨勢、預測故障、計算資產的使用壽命，以及提高製造工廠的安全性8。

對於CbM應用，ADAQ7768-1 支援多種輸入類型，包括IEPE感測器、電阻橋、電壓和電流輸入，如圖九所示。ADAQ7768-1並支援兩種元件配置方法。用戶可以選擇透過SPI更改暫存器，或者透過簡單的硬體接腳綁定方法，將元件配置為在各種預定義模式下運行。

圖九 : 每通道隔離DAQ系統的典型應用示意圖

汽車測試解決方案

經優化的創新型精密訊號鏈μModule解決方案提供穩健的互連和機械支援、高可靠性、結構精巧且高性價比的產品，有助於滿足汽車產業的需求。這些解決方案適用於資訊娛樂系統、動力傳動控制、先進駕駛輔助系統（ADAS）等領域，可以增強安全性、舒適性並優化車輛性能。

技術進步導致了複雜性提升，因此需要新的模擬和驗證方法。為了避免難以進行的模擬作業，我們可以使用數位分身技術。數位分身是實際物理系統的虛擬表示。此種方法可協助降低成本，加快開發週期，或實現整個系統的優化。

例如汽車市場中的HIL（hardware-in-the-loop）技術，這是一種數位分身技術，用於測試複雜的即時系統，例如電子控制單元（ECU）、動力轉向系統、懸吊系統、電池管理系統或任何其他車輛子系統。ADI豐富的訊號處理、資料擷取、訊號產生和隔離產品系列為HIL模擬器提供了優化的解決方案。

具體而言，ADAQ23878 具有訊號縮放功能，其在單一元件中整合多個通用訊號處理和調理模組，包括低雜訊、全差分ADC驅動器（FDA）、穩定的基準電壓緩衝器以及高速、18位元、15 MSPS逐次逼近暫存器（SAR） ADC，進而大幅減少終端系統元件數量1。

圖十 : EVAL-ADAQ23878 評估板

結論

在IC技術領域，越來越多企業正在利用SiP技術的異質整合來簡化開發流程。精密訊號鏈μModule解決方案為系統設計人員帶來了全新的訊號鏈設計方法。該解決方案兼具高整合度、高性能、高彈性和高可用性等優勢，同時保持卓越的訊號處理能力。

隨著技術的不斷進步，精密訊號鏈μModule解決方案將在各個產業的創新應用中發揮重要作用，並為電子系統的發展作出貢獻。

（本文作者為ADI產品應用經理Lloben Paculanan 及產品應用工程師 Regine Garcia ）