Эволюция и продукты компании Analog Devices. Вклад Ричарда Бурвена, модульные ОУ и интегральные усилители. Часть 2

Журнал РАДИОЛОЦМАН, апрель 2015

Юрий Петропавловский

Часть 1.

1990-е годы

В августе 1990 года ADI приобрела известного производителя аналоговых микросхем Precision Monolithics (PMI, CША). PMI выпускала микросхемы с префиксом SSM, DAC, (ЦАП DAC-01, DAC-100) и OP (ОУ OP-01, OP-77) для звуковых приложений высокого класса, а также декодеры многоканального звука Dolby Prologic (Рисунок 16). После продажи PMI стала подразделением Precision Monolithics of Analog Devices, выпускавшим продукты с собственными префиксами SSM и ЦАП по технологии TrimDAC.

Рисунок 16.	Внешний вид микросхем декодера Dolby PRO-LOGIC фирмы PMI.

В 1991 году пост президента и главного исполнительного директора занял Джерри Фишман (Jerry Fishman, 1945-2013 г.г., Рисунок 17), с именем которого связаны многие последующие успешные проекты и коммерческие достижения ADI. В 1993 году компания ввела стандарт QS-9000, регламентирующий требования к системе обеспечения качества производства и различные методики планирования и организации производства, большинство из которых внесено в современный международный стандарт ISO/TS16949. В том же году была образована группа по разработке ВЧ/СВЧ продуктов (RFG).

Рисунок 17.	Президент и СЕО Джерри Фишман.

В 1994 году в компании образована группа по разработке микросхем управления питанием (PMG), целью которой была разработка микросхем энергоэффективных источников питания для мобильных телефонов, жестких дисков, автомобильной аппаратуры и других портативных устройств. В том же году начато строительство технологического центра разработок ADI, названное именем Рэя Стата (Ray Stata Technology Center) в городе Уилмингтон, штат Массачусетс. Строительство было закончено в течение 11 месяцев. На Рисунке 18 показано главное здание центра.

Рисунок 18.	Здание технологического центра Ray Stata Technology Center в Уилмингтоне.

В 1995 году компания вошла в проект строительства совместного предприятия с крупнейшим в мире контрактным производителем микросхем на полупроводниковых пластинах TSMC в городе Камас, штат Вашингтон. TSMC принадлежит несколько фабрик в г. Синьчжу (Тайвань), в США, КНР, Южной Корее, Японии, Индии и Нидерландах. Предприятие в Камасе под названием Фабрика 11 изначально было ориентировано на производство 200-миллиметровых полупроводниковых пластин и запущено в 1996 г (Рисунок 19). Участие в капитале совместного предприятия позволило ADI обеспечить массовый выпуск микропроцессоров, DSP и других микросхем по самым передовым технологиям. В том же году была запущена новая фабрика ADI по производству микросхем смешанных сигналов в Ирландии.

Рисунок 19.	Вид на фабрику 11 компании TSMC в городе Камас (штат Вашингтон).

Каталоги компании 1990-х годов насчитывают уже десятки страниц, номенклатура продуктов в категории усилителей также весьма обширна. Рассмотрим некоторые инновационные микросхемы этого периода (из приведенных на исторической «оси времени»).

• AD745 (1991 г.) – быстродействующий ОУ с крайне низким уровнем шума и малым током смещения, выполненный на полевых транзисторах с управляющим каналом (JFET) во входных каскадах. Входной шум напряжения прибора не превышает 4 нВ/√Гц на частоте 10 кГц, полоса пропускания до 20 МГц, скорость нарастания выходного напряжения 12.5 В/мкс. Применение усилителя особенно полезно в схемах, в которых для работы со слабыми сигналами требуется высокий коэффициент усиления и широкая полоса.
   
• AD600, AD602 (1992 г.) – сдвоенные малошумящие широкополосные усилители с регулируемым коэффициентом усиления, которые фигурируют и в каталоге ADI 2015 года. Структура микросхем приведена на Рисунке 20. Основные особенности и параметры микросхем: независимая регулировка усиления каналов в диапазоне 0…40 дБ (AD600), –10…+30 дБ (AD602); точность установленного K_U – ±0.3 дБ; уровень шума 1.4 нВ/√Гц; полоса пропускания до 35 МГц. Микросхемы могут применяться в качестве драйверов быстродействующих АЦП, в высококачественной аудиоаппаратуре, схемах АРУ, ультразвуковой аппаратуре, сонарах и измерительных приборах.

Рисунок 20.	Структура микросхем AD600, AD602.

• AD8001 (1994 г.) – широкополосный усилитель с выходной мощностью 50 мВт. Полоса пропускания усилителя по уровню –3 дБ 880 МГц (K_U = +1), 440 МГц (K_U = +2); плоская АЧХ в диапазоне 0…100 МГц (K_U = +2, по уровню 0.1 дБ). Области применения микросхемы: драйверы АЦП, широкополосные видеоусилители, профессиональные видеокамеры, коммутаторы видеосигналов, приемники ВЧ сигналов.
   
• AD8011 (1995 г.) – широкополосный усилитель с малым энергопотреблением (1 мА/5 мВт при напряжении питания 5 В), полоса пропускания по уровню –3 дБ 180 МГц (при K_U = +2), плоская АЧХ в диапазоне 0…25 МГц (K_U = +2, неравномерность 0.1 дБ).

2000-е годы

К началу 21 века сферы деятельности компании значительно расширились по всем направлениям – номенклатуре и объему производства, количеству клиентов, числу приобретенных компаний и активов, географии дизайн-центров и представительств в различных регионах мира, численности персонала. В 2003 году Рэй Стата был награжден медалью основателей института инженеров электротехники и электроники (IEEE) за лидерство в области электроники, технологических разработок, предпринимательства и управления. На Рисунке 21 показана медаль IEEE Founders с профилями основателей IEEE. В 2004 году журнал Electronic Business признал Джерри Фишмана гендиректором года за успехи в управлении компанией. (Объем продаж ADI в этом году превысил 2.6 млрд. долларов). Приведем некоторые инновационные продукты этого периода.

Рисунок 21.	Медаль основателей IEEE Founders Medal.

• AD8099 (2000 г.) – выпуском этой микросхемы компания задала новый стандарт ОУ, в которых одновременно улучшены все ключевые параметры: низкое напряжение питания, широкая полоса пропускания, низкий уровень шума и малое смещение. ОУ AD8099 имеет инновационную схему входного каскада с повышенной линейностью и малым шумом, что позволяет увеличить ширину полосы в режиме полной мощности при малых коэффициентах усиления и одновременно поддерживать высокую скорость нарастания сигнала. Такое сочетание параметров достигнуто за счет использования запатентованной технологии сверхбыстрых комплементарных биполярных транзисторов XFCB (Extra Fast Complementary Bipolar) следующего поколения. Микросхемы отличаются очень низким уровнем шума (0.95 нВ/√Гц, 2.6 пА/√Гц), малыми искажениями – вторя гармоника сигнала частотой 10 МГц ослаблена на 92 дБ, третья – на 105 дБ (при K_U = + 2), произведение K_U на ширину полосы достигает 3.8 ГГц, полоса пропускания 700 МГц (K_U = +2) и 550 МГц (K_U = +10), скорость нарастания сигнала 550 В/мкс (K_U = +2) и 1350 В/мкс (K_U = +10). Микросхемы выпускаются (и в настоящее время) в миниатюрных корпусах LFCSP (3 × 2.75 × 0.85 мм) и SOIC (4.9 × 3.9 × 1.35 мм). Высокая линейность усилителей иллюстрируется зависимостями уровней 2-й и 3-й гармоник от частоты, приведенными на Рисунке 22. Журналом EDN Magazine микросхема названа инновацией 2003 года в категории аналоговых микросхем.

Рисунок 22.	Зависимости уровней 2-й и 3-й гармоник на выходе микросхемы AD8099 от частоты.

• AD8661, AD8662, AD8664 (2004 г.) – одиночный, сдвоенный и счетверенный ОУ с однополярным питанием класса Rail-to-Rail. Для поддержания низкого напряжения смещения при производстве микросхем используется запатентованная технология подгонки параметров компонентов DigiTrim. Широкий диапазон напряжений питания соответствует требованиям, предъявляемым к высокопроизводительным АЦП и ЦАП. Микросхемы не генерируют низкочастотных помех типа «попкорн-шум», характерных для многих других усилителей с малым входным током смещения, что делает их привлекательными для применения в аудиосистемах и медицинском оборудовании контроля состояния пациентов. Основные параметры микросхем: напряжение питания 5…16 В (ток потребления 1.15 мА на усилитель), уровень шума 10 нВ/√Гц, полоса GBP 4 МГц.
   
• AD8331, AD8332, AD8334, AD8337 (2005 г.) – одинарные (AD8331, AD8337), сдвоенный (AD8332) и счетверенный (AD8334) усилители с регулируемым коэффициентом усиления. Микросхемы предназначены для применения в системах с эффективной АРУ, устройствах обработки квадратурных сигналов в телекоммуникационном оборудовании, ультразвуковых промышленных и медицинских системах и сонарах, приборах для позитронно-эмиссионной томографии, приемниках РЛС, видеоусилителях и драйверах АЦП. Основные особенности и параметры единичных усилителей (в скобках отличающиеся параметры AD8337): уровень шума 0.74 нВ/√Гц (2.2 нВ/√Гц), полоса пропускания по уровню –3 дБ 120 МГц (280 МГц), диапазон регулировки усиления –4.5…+43.5 дБ (0…24 дБ), напряжение питания +5 В (+5 В, ±2.5 В, ±5 В).

2010-годы и современные продукты

Руководство по выбору операционных усилителей ADI на 2011-2012 годы объемом более 70 страниц охватывает несколько сотен типов микросхем, условно разделенных на группы прецизионных ОУ с полосой пропускания менее и более 50 МГц. В руководстве также приведены рекомендации по выбору микросхем для различных областей применения, в том числе:

• Энергетические приложения: ветряные и солнечные электростанции, системы автоматизации и распределения электроэнергии – AD820/822/824, AD8622/8624, AD8512, AD8039, AD8092, AD8510/8512/8513, ADA4610-2, OP2177, OP4177.
   
• Управление питанием и привод двигателей – ADA4051, AD8667, AD8512, AD8620/8622/8624, AD8510/8513, AD8602/8604, ADA4000, ADA4096, ADA4528, OP1177/2177/4177.
   
• Телекоммуникации: драйверы АЦП, быстродействующие усилители. Для этих приложений рекомендовано около 20 типов усилителей, в том числе ADA4930-1/-2 – драйвер АЦП с напряжением питания 1.8 В; ADA4950-1/-2 – широкополосные малопотребляющие усилители с фиксированными K_U = 1, 2, 3; ADA4960-1 – с полосой 5 ГГц и скоростью нарастания 8 кВ/мкс.
   
• Потребительские звуковые приложения: AD8597, AD8599, AD797 – малошумящие предусилители; AD4004 – предусилитель с малыми искажениями; AD8510/12/13 – микрофонные усилители с малым потреблением; AD8627/46/47/48/91/92/94, ADA4075, ADA4692 – недорогие.
   
• Автомобильные приложения: автомобильная сенсорика, информационные панели и средства визуального контроля, современные системы содействия водителю, антиблокировочные системы тормозов. Для данных приложений рекомендовано более 100 типов микросхем ОУ со специальными автомобильными исполнениями по условиям эксплуатации [7].

Аналогичное руководство по выбору 2014 года кроме ОУ содержит и стандартные линейные схемы. В руководство вошло большинство микросхем из предыдущих выпусков. В руководстве продукты разбиты на следующие категории и группы (в скобках приведены некоторые инновационные приборы):

• Прецизионные усилители (UСМ менее 1 мВ, полоса пропускания до 50 МГц):
  
  
  • с нулевым дрейфом (Zero-Drift, ADA4528-1/-2 – напряжение смещения не более 2.5 мкВ);
  • с нулевыми искажениями при переходе через нуль (Zero Input Crossover Distortion, ADA4500-2 – подавление пульсаций напряжения питания не менее 98 дБ, ослабление синфазного сигнал не менее 95 дБ);
  • высоковольтные и с защитой от перенапряжений (AD4096-2/-4, ADA4700-1 – напряжение питания до 100 В);
  • с низким и сверхнизким смещением (AD4638-1, напряжение смещения не более 4 мкВ);
  • малопотребляющие (AD8657/8659 – ток потребления не более 18 мкА);
  • малошумящие (ADA4084-2/-4 – уровень шума 3.9 нВ/√Гц, ADA4004-1/-2/-4 – 1.8 нВ/√Гц);
  • с однополярным питанием и Rail-to-Rail (ADA4001-2);
  • бюджетные (ADA4666-2 – напряжение питания 3…18 В/725 мкА, полоса 4 МГц, ток смещения не более 15 пА; внешний вид показан на Рисунке 23).

Рисунок 23.	Внешний вид микросхем ADA4666-2.

• Быстродействующие усилители (полоса пропускания более 50 МГц):
  
  
  • дифференциальные (ADA4940-1/-2, полоса 240 МГц, THD –122 дБ/1 кГц, шум 3.9 нВ√Гц);
  • малошумящие с низкими искажениями (ADA4896-2, ADA-4897-1, шум 1нВ/√Гц, искажения –110 дБн/100 кГц, полоса 200 МГц/K_U = +1, напряжение питания 2.7…10 В/3 мА);
  • бюджетные (ADA4891-1/-2/-3/-4, Rail-to-Rail, полоса 200 МГц/K_U = 1, плоская АЧХ до 25 МГц/K_U = +2; нормализованная АЧХ для различных K_U приведена на Рисунке 24);
  • с выходами и входами Rail-to-Rail (ADA4805-1, Rail-to-Rail по входу/выходу при напряжении питания 2.7…10 В);
  • с полевыми входами FET/FastFET (ADA4817-1/-2, входная емкость 1.3 пФ, ток смещения 2 пА, шум 4 нВ√Гц, полоса 1050 МГц, скорость нарастания 870 В/мкс);
  • с обратной связью по току (AD8000, полоса 1.5 ГГц/–3 дБ, скорость нарастания 4100 В/мкс, шум 1.6 нВ//√Гц, напряжение смещения 1 мВ, максимальный выходной ток 100 мА);
  • высоковольтные, с большим выходным током (ADA4870, напряжение питания 10…40 В, выходной ток до 1 А, полоса 45 МГц/–3 дБ, скорость нарастания 2500 В/мкс, шум 2.1 нВ/√Гц);
  • инструментальные (AD8422, K_U = 1, 10, 100, 1000, полоса 2.2 МГц/K_U = 1);
  • с регулируемым усилением (AD8338, усиление 0…80 дБ, полоса 18 МГц).

Рисунок 24.	Нормализованные АЧХ микросхем ADA4891-1/-2/-3/-4.

• Драйверы АЦП – в руководстве представлено около 40 типов усилителей с полосами пропускания от 5 МГц до 6.75 ГГц, скоростями нарастания от 10 В/мкс до 18 кВ/мкс. Из представленных микросхем можно подобрать подходящие варианты практически для любых АЦП ADI и других производителей.
   
• По результатам 2012-2014 годов Analog Devices лидирует на рынках преобразователей данных и усилителей различного назначения. Более 9000 сотрудников, 5000 из которых инженеры, работают в десятках подразделений, дизайн-центрах и представительствах во многих странах мира, а также в офисах продаж в Москве и Санкт-Петербурге. Компания сотрудничает с более чем 60,000 потребителей практически во всех отраслях электронной промышленности. Совет директоров компании возглавляет Рэй Стата, а президентом и исполнительным директором назначен Винсент Роше (Vincent Roche) после смерти Джерри Фишмана, наступившей в феврале 2013 года в возрасте 67 лет.

Деятельность Analog Devices в России началась 20 лет назад, когда в 1994 году в Санкт-Петербургском государственном электротехническом университета (ЛЭТИ) был открыт совместный центр цифровых сигнальных процессоров – первый, созданный ADI в России. Центр, в котором занятия ведут преподаватели вуза, полностью оснащен оборудованием ADI. За 20 лет сотрудничества в центре повысили свою квалификацию более полутора тысяч специалистов из различных регионов страны, а обучение прошли около тысячи студентов ЛЭТИ [8].

Русскоязычный сайт Analog Devices является одним из самых информативных среди всех профильных ресурсов других иностранных полупроводниковых компаний, представленных в России. На сайте имеются материалы на русском языке, касающиеся не только особенностей продуктов ADI, на и рекомендации по применению микросхем, статьи по инженерному расчету схемотехнических решений, программные инструменты и ресурсы для САПР, а также многие другие материалы для инженеров, клиентов и всех желающих [9].

В декабре 2014 года ADI подписала дистрибьюторское соглашение с Российской компанией AUTEX Plus, по которому она получила статус официального дистрибьютора Analog Devices в России. Интересы ADI в РФ также представляют два других официальных дистрибьютора – ЭЛТЕХ и Аргуссофт [10].

Литература

1. ethicsandentrepreneurship.org
2. salonav.com
3. liveinternet.ru
4. burwenaudio.com
5. burwenaudio.com/Krohn-Hite_UF-101.pdf
6. analog.com
7. analog.com/static/imported-files
8. eltech.ru/ru/universitet
9. analog.com
10. radiant.su/rus