导读:德州仪器本身不生产仪器,但其芯片却是仪器必不可少的核心元器件。德州仪器卡了ADC、DSP的脖子,也就间接卡了国内仪器的脖子。
为什么说仪器行业离不开德州仪器?
以示波器为例。现在的示波器基本上是数字示波器,模拟示波器没有完全绝迹,但已经没有曾经的辉煌。数字示波器与模拟示波器最大的区别就是将输入信号通过ADC芯片(模数转换),对信号进行采样和数字化处理后存入高速缓存,再通过信号处理电路将数据读取出来。采样是ADC的工作,数字处理就要用到DSP了。德州仪器恰好都有这两类芯片,特别是DSP,不是一般的强。
数字示波器按照功能,通常将硬件部分分为信号前端放大(FET输入放大器)及调理模块(可变增益放大器)、高速模数转换模块(ADC驱动器、ADC)、FPGA逻辑控制模块、时钟分配、高速比较器、单片机控制模块(DSP)、数据通讯模块、液晶显示、触摸屏控制、电源和电池管理和键盘控制等。下图是一个双通道数字示波器示意图,在这个结构中,决定示波器性能的核心元器件有ADC、DSP和FPGA。话说在输入端,输入信号经前置放大及增益可调电路转换后才能成为符合ADC要求的输入电压,经ADC转换后成为数字信号,放大器PA同样非常重要。
双通道数字滤波器结构示意图,公开资料整理,阿尔法经济研究
DSP芯片是微处理器的一种,内部采用程序和数据分开的哈佛结构,具有专门的硬件乘法器,可以用来快速的实现各种数字信号处理算法,可以实时处理数据,也因此成为通信、计算机、军事航天和仪表仪器等领域的基础器件。在仪表仪器中,测量精度和速度是一项重要指标,DSP的快速实时处理的特性刚好也就复合仪表仪器对精度和速度的要求。为什么要选择德州仪器的DSP呢?因为它的响应时间足够低,功耗足够低,性能足够高。
德州仪器DSP芯片特性,公司官网,阿尔法经济研究
国内开发DSP的企业不多,代表性企业就是华为海思。除此之外,中科昊芯于2021年9月推出了一款基于RISC-V架构的DSP,有了一定的突破。
ADC是示波器中的核心元器件,转化过程主要包括采样和量化,其中采样的速率是衡量采样水平的标准,代表ADC可以转换多大带宽的模拟信号,带宽越大对应的模拟信号频谱的频率越大。ADC第二步量化就是转换精度,要求模拟信号转换出的数字信号与原信号差距越小越好,精度以bit衡量,要求是bit越大越好,位数、精度、采样率等指标成为衡量示波器性能的重要指标。当然采样率与精度是相对立的,采样率越高,意味着精度越差,反之亦然。所以在仪器中,怎么选择合适的ADC,还是要根据需求而定。
上述提到的核心元器件,ADC厂商就是德州仪器以及更厉害的ADI,DSP有更厉害的德州仪器、稍次的ADI以及因手机业务拉胯而成为笑谈的摩托罗拉。上海汉芯一号的主角就是摩托罗拉的DSP。至于FPGA,目前已被AMD收购的赛灵思一家独大,占据一半以上的市场,英特尔(Altera)与Lattice分居二三位。鉴于Lattice主要精力放在低功耗领域,其他厂商更加弱小,FPGA市场也是AMD(赛灵思)与英特尔(Altera)的二人转。
上述芯片,国内发展水平仍然较低,与国外的差距也非常明显,当然也毫无意外地被卡了脖子。仪器厂商普源精电招股书和第一轮问询反馈中均提到有一款DAC产品被列入美国商业管制清单,进口时需要取得许可。普源精电提到,公司已获得可采购3600片的采购许可,有效期至2023年。另一家仪器厂商鼎阳科技也提到,其采购的ADC、FPGA、DSP等均来自美国厂商,德州仪器的四款ADC和一款DAC属于管制清单产品,需要获得BIS的出口许可。
综上所述,德州仪器本身不生产仪器,但其芯片却是仪器必不可少的核心元器件。德州仪器卡了ADC、DSP的脖子,也就间接卡了国内仪器的脖子。
来源于:科技学术派
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