[讨论] 应用拓展是模拟技术创新源泉

中国科学院电工研究所副研究员 唐晓泉

数字技术沿着摩尔定律指明的方向狂飚猛进，在模拟技术的传统应用领域不断地被数字技术所蚕食的同时，电子信息技术新应用领域的拓展又为模拟技术的创新创造了条件，伴随着“无线信息交互、高清晰视频和绿色节能”等概念在人们生活中的持续渗透，模拟技术的不断创新才能将概念变得更加真实。随着半导体制造技术的发展，混和电路设计逐渐走向成熟，模拟与数字之间的相互渗透使模拟与数字共处同一硅片的器件越来越多，传统模拟器件与数字器件之间的界线区别越来越模糊。

模拟技术是无线交互的基础

在电子信息技术的发展过程中，作为电子信息技术的代名词无线电曾伴随了几代电子信息工作者，神奇的无线电波延伸了人类的听觉，实现了人与人之间的远程信息交互；在无线电为人类服务了100多年的今天，没有人能否认“RF是连接真实世界与电子信息技术的桥梁”，作为无线电一个重要分支的射频技术己跨越了传统无线电的远距离应用范畴，近距离的无线电应用更加广泛，以RFID、Zigbee为代表的近距离无线电技术成为人与物之间实施信息交互的媒介。

在传统无线电应用，如电话、电报和传真中，没有人能否认模拟技术是无线电的核心和基础，因为它传输的信息都是模拟的，数字化技术只不过使传统的无线电的功能更加强大、使用更加方便而已。在RFID日益盛行的今天，人与物之间的信息交互是以数字代码的方式进行的，使人们感觉不到摸拟技术的存在，甚至误认为模拟技术正在从人们的视线中消失。但事实却与人们的感觉相悖，通过100多年的发展，远距离无线电从理论到技术都非常成熟，其技术发展的重点已转移到了借助不断发展的数字技术提高其性能上来，但对于近几年才发展起来的近距离无线电应用，其创新的重点却在模拟技术上。

无论人与单个物品实施信息交互的RFID，还是具有网络系统功能的Zigbee的一个通用的模型就是“RF前端+微控制器”，其中RF前端负责借助RF信号发送和接收信息，而微控制器负责处理由RF前端接收到的信息，并控制RF发送外界所需要的信息。相对于日益成熟的微控制器和嵌入式软件技术，受应用领域成本的严格约束，RFID和Zigbee中微控制器和与之相匹配的软件技术都十分简单，它们的研发重点不在于使用高性能的微控制器和更加复杂的通信软件协议栈，重点在于RF前端所涉及的微型天线技术、小信号的RF信号接收技术、低功耗的RF信号发射技术、RF能量传输技术以及RF和微控制器结合的SoC技术。从概念中我们可以意识到，在RF前端所涉及到的微型天线技术、小信号的RF信号接收技术、低功耗的RF信号发射技术和RF能量传输技术都属于模拟技术范畴，而且这些模拟技术从理论到实践都还不完全成熟，技术创新的空间还很大。从涉及这些领域的全球著名的半导体制造商的新产品发布上，我们也可以证实这一点。全球主要RFID半导体制造商飞利浦的RFID新产品发布的重点是RF技术的创新；而在以众多中小公司为主的Zigbee协会中，其中屈指可数的大公司Freescale支持Zigbee的实际行动是向业界推出了Zigbee的RF发送接收器件MC13191/92。

2006年6月9日，中国官方十五个部委历时近一年半时间共同编制的《中国射频识别(RFID)技术政策白皮书》正式发布。该白皮书指出，研究RFID技术，发展RFID对提升社会信息化水平、促进经济的可持续发展、提高人民的生活质量、增强公共安全与国防安全等方面将产生深远影响，具有战略性的重大意义。发展中国的RFID的道路是“坚持走自主创新、集成创新和引进创新相结合的技术发展道路，努力培育自主设计、开发和制造能力”。

高清晰视频为模拟技术创新建立基础

HDTV是高清晰视频的代名词，同时HDTV的出现也意味着与人们生活相关的模拟电视正在被数字电视所取代。但数字电视并不是对模拟技术的完全抛弃，其对模拟技术提出了更新的要求。

一方面，目前HDTV要兼容现有的模拟电视系统。传统的模拟电视系统，其整个信号传输通道的性能是按模拟电视的要求制定的，其电视信号性能相对较低，只有对模拟电视信号进行特殊的处理，才能不会因HDTV的高清晰度而将模拟电视信号中的缺陷放大。

另一方面，HDTV中仍然存在模拟技术，而且HDTV中使用的模拟技术有别于传统电视中使用的模拟技术。在HDTV系统中，从高清晰视频信号的采集中需要的光电转换、数字信号发送过程中的调制、数字信号接收过程中的解调、基带数字信号传输过程中的均衡，到LCD屏驱动过程中的高速视频信号切换都需要模拟技术介入，而这些技术在传统的模拟电视中是没有涉及到的。HDTV的应用背景为与HDTV相适应的模拟技术产生创造了条件，随着HDTV的不断发展，必然产生一大批与HDTV相关的模拟技术。

绿色节能要求电源技术更加复杂

不断攀升的原油价格给人们敲响了能源危机的警钟，但人们往往经受不住层出不穷的各种新电子信息产品的诱惑，在享受了各种电子信息产品带来的方便和快乐时，却付出能量消耗的代价。为了使人们以有限的能源消费享受更多的电子信息产品，迫使电子信息产品设计者必须继续在“效率”上花功夫。

为了使电子信息产品的功耗降到最低，在电子信息产品设计中，以降低功耗为最优目标，根据电子信息产品中各单元的具体特性分别提供优化后的电源将成为电子信息产品的标准模式。在该模式下，电源技术由单纯的提供恒定电压的静态供电模式，逐渐转向管理负载用电的动态供电模式。在静态供电模式下，根据能源消耗最低原则，在电子信息产品内部根据不同功能单元的特性提供不同电压等级的恒定电压。最简单的动态供电模式是电子信息产品的电源单元不仅要提供多个不同电压等级的电压，而且还要根据其负载的特性随时开启、关闭相应的供电回路。

为了进一步降电子信息产品的功耗，一种根据集成电路工作状态分别要求不同工作电压等级的节能降耗技术已进入实用阶段。NS宣布推出一款采用数字技术控制的PowerWise能源管理单元(EMU)LP5550，它可与NS的功率控制器及ARM公司的智能能源管理(IEM)技术搭配在一起使用，可将数字处理器核心的功耗减少达70%。

动态供电模式的出现，对电源性能的要求更加严格，传统的以模拟技术为基础的线性电源和以数字技术为基础的开关电源难以满足动态供电模式的要求，动态供电模式为新型电源器件的产生创造了市场需求，以模拟技术和数字技术为基础，开发新一代电源器件将是未来电源技术的发展趋势。