自从人类观察、感知到所谓“信号”的存在后，便开始试图加以测量、分析并控制，以为己所用。信号历经机械、模拟电信号、固态电子模拟、固定功能数字、硬编码软件等几种型态的演变后，如今已进化到以更高级的编译软件来“处理”了。整个发展历程，就宛若一部人类演进史。
美国模拟器件公司(ADI)高速信号处理业务部产品线经理David Robertson用了几个教科书中曾经很熟悉的“模型”，来形容信号处理的概念。他提到，也许大部分的人都是以呆板的“地质学”模型来思考信号处理生态，那是一个同心圆的环状关系；最外层是感知到的实际信号层，往内依序是模拟电子信号(脉冲)、数字电子信号，最中间以“软件”为圆心。由此所引发的一个有趣的问题是：时移势易，随着内环数字和软件的迅速膨胀，在总体容积不变、而实际信号向外退却又有限的情况下，是否会严重挤压到模拟信号的生存空间？
Robertson显然对此不以为然，他认为，历史的印记告诉我们，打从1840年代电报的出现、1876年电话的问世，以及1890年代无线电的诞生带动晶体管和集成电路的大行其道，都推翻了这样的疑虑；这些电信号史上的重大发明，颇有几分宇宙“大爆炸学说”的味道，若用“天文学”模型来看待信号处理的消长，似乎要更贴切一些。从这样的角度来看，模拟的发展空间不仅不会缩减，反而会因得益于各环节中间所产生的“技术气泡”，而带来新契机。例如在数字VLSI(超大规模集成电路)中，高速时钟和I/O端口的模拟问题，却是备受重视；故可以断言，新的数字设备将会包含越来越多的模拟IC。
另一个“铁证如山”的事实来自于近年来模拟IC的增长率，从图2可看出，蓝色所示的模拟IC增长速度，自1995年以来便一直呈现节节高的态势，甚至远远高于整体半导体行业水平。如此所得出的结论是，面对数字化势力的大军压境，模拟元器件并不会就此消失，而是从原本如恐龙般的庞然大物，渐近发展到今天的“无孔不入”。
永不退场的模拟元器件
再深一层分析，Robertson选中沟通模拟和数字的重要桥梁──模数转换器(ADC)来谈“混合信号IC的集成发展趋势”。他解释说，尽管随着ADC朝着信号源(天线)方向的发展，数字信号处理正在取代模拟信号处理；然值得格外留意的是，这并不意味着模拟元器件的退场，相反的，由于“超外差式接收机信号链”仍是常态，对模拟前端的性能要求也在增长。此外，在终端应用朝向网络多媒体靠拢的今天，ADC在制造工艺和体系架构上也起了微妙的变化，从而引起诸多讨论：因为电压越来越低与工艺的不易兼容，是否该由单芯片回到多片组合？又应如何“创新”元件，该把模拟元件集成到哪部分的芯片中？
乍看之下，这似乎和当下仍力倡的SoC主流存在着极深的矛盾；且暂时抛却根深蒂固的成见，试着站在Robertson的立论点来领略其主张：他认为，虽然平均而言，着墨于如何提高集成度，探讨降低功耗、制造工艺和电源移植的学术论文总提交率达70%，但是不容忽视的是，它背后可能逼近1亿美元的高昂开发成本！试问，有几个系统开发商能负担得起这样的巨资投入？“手机和计算机相关应用由于数量大，或许可以；但像超声波等医疗设备或小众的数码消费产品，或许就有相当的困难”，Robertson说。他并直言，这也是为何混合信号的FPGA、突破线宽限制，以及分隔和系统封装(SiP)会逐渐备受关注的原因。
制造工艺线宽对数字IC成本的降低是有利的。虽然CMOS制造工艺向微细化方向发展，造成数字电路尺寸快速缩小，迫使半导体业者必须将更多的功能集成到相同尺寸的管芯中，也使晶圆的单位面积成本上升。所幸，因为电路尺寸缩小的速度仍将比晶圆成本上升的速度快，大致来说，每项功能成本还是会呈下降趋势。反观线宽对模拟IC的影响就截然不同了，据悉当CMOS工艺线宽缩小到0.25μm时，模拟电路的线宽便不能再被明显地减小，且由于电源电压的降低会出现支持信号动态范围的问题，故其整体效能表现可能保持在原来的水平；故而一味追求线宽上的微缩，意义实在不大，反而会使高性能模拟电路的设计变得更加困难，需要的时间更长。更不利的消息是：如此一来，每项功能成本将会上升！因此，模拟元器件的工艺发展，只要适当推进即可，无须急着跻身“最前沿”之列。
“此外，电压越来越低的结果，还会导致驱动负荷大幅缩小，使可能的应用领域大受局限；故而硅技术正在大胆挺进前所未及的领域。不仅通信由声音、数据过渡到多媒体，泛用型的应用也积极往便携式和移动性走去”，Robertson指出。他并预言，MEMS将会是下一代主流传感技术，因为它能检测到从前所无法检测到的应用，如：加速计和陀螺仪、化学传感器和气敏传感器，以及生化检测和健康应用。统言之，只要能降低成本、减小尺寸、降低功耗并增加新功能的，便是好的解决方案。
分隔，有时比集成更适合
ADI更进一步出一个耐人寻味的主张：“Smart Partition”(中文译成“灵巧分隔”或“优化分隔”)。有别于传统将数字芯片和混合信号前端(MxFE)集成到一起的方式，ADI的思维逻辑是：将这两块分立处理，不仅可避开模拟工艺“拖累”整个单芯片面积的缩减，更可提高总产量和整体性能，同时降低成本。因而大声疾呼：不要一味地为集成而集成！Robertson表示，盲目集成SoC可能存在以下的挑战：
● 由于集成难度高，研发费用可观，加上芯片本身的制造代价不斐，可能导致成本过高；
● 为将混合信号集成在内，在设计上可能必须有所折衷；且模拟和射频部分的数字噪声不易解决；
● 可选解决方案相对有限，且很难灵活调整产品变化，新的制造工艺移植亦缓慢；
● 产品使用说明中的技术指标将减少，不利于测试工作的纠错；且混合信号测试范围要求包含重要的网络协议测试，用户常需购买昂贵的混合信号测试硬件产品方能应对。
此时，“Smart Partition”便能突显它的价值：尽可能优化管芯产量和成本、降低测试成本，并使新技术快速推向市场；且模拟技术和数字技术独立发展的结果，还可善用混合和匹配的灵活性，免去深亚微米制造工艺对混合信号工艺移植造成明显困难。为此，ADI在集成数据转换器的相关产品组合上也做了相应的调整；以OFDM产品为例，同时备有A/D Converter完全分立、与后端数字调制解调器集成，以及与前端RF/IF线性电路集成等3种方案任君选择，让用户能依自身研发实力和实际需求后而选择最适者。其中，第三种向前整合的方式由于必须结合深厚的射频功底，倍显难得，而ADI就是其中之一。
日前，ADI在美国波士顿WiMAX世界峰会上展示了两款用于全球WiMAX(微波接入互通)终端的RF收发器──AD9352/AD9353，即是这种Smart Partition概念下的代表作。这有助于采用更加经济有效的精细布线工艺，例如90nm或65nm生产数字基带芯片。该收发器可以通过名为ADI/Q的数字I/Q接口与数字调制器直接相连；它是一种简单的并行CMOS数字I/O接口，可直接汇写成标准，已被多家数字调制器厂商采用。顺带一提，ADI/Q是ADI对其产品中I/Q接口的命名，似乎有意突显其特立独行之处，其意在树立典范的雄心壮志，不言自明。
AD9352和AD9353是用于WiMAX(基于IEEE 802.16标准)无线网络系统全集成直接变频收发器，它们在单芯片内提供一种完整的RF和混合信号系统。双频带AD9352工作在2.3GHz～2.7GHz和4.9GHz～5.9GHz频带范围内，而单频带AD9353工作在3.3GHz～3.8 GHz频带范围内。这两款收发器覆盖了世界范围内绝大部分获得许可和未经许可的频带。两款收发器皆集成了12位分辨率(ADI透露，市面上的WiFi射频多只有8位的精准度)、60 MSPS采样速率ADC和DAC，具有智能系统功能，例如自动校准、自动增益控制、发射功率控制、支持自动频率控制，以及用于系统监测的辅助ADC和DAC。内置转换器和智能系统功能降低了对调制器和收发器之间实时信号处理的需求程度，从而大大简化了RF驱动器的开发和支持。
这两款收发器还集成了一个高灵敏度直接变频CMOS接收器和频带可选基带滤波器。通过集成一个小数N分频的频率合成器提供了一个低相位噪声本地振荡器(LO)通道。另外，为了降低系统成本，内置晶振替代了昂贵的压控温度补偿晶振(VCTCXO)。AD9352和AD9353现可提供产品样片，并且计划将于2006年12月提供大批量产品。收发器采用9 mm × 9 mm 64引脚无引线芯片级封装(LFCSP)，千片订量报价为14.95美元/片，并且在－40℃～＋85℃温度范围内完全达到规定技术指标，现可提供评估板。更多信息：www.analog.com/pr/wimaxtransceivers。
结语
话说，分久必合，合久必分。为了节省板面积和BOM成本，人们曾经拼命想法设法把所有东西集成在一个小芯片中；然而，当SoC发展到极限时，不免会让我们开始回头检讨：这样真的是最为经济有效的途径吗？或许ADI多管齐下的方式，能赋予系统设计者更多的自由裁量权。
一个引发联想的延伸问题是：既然WiMAX Terminal开始引进这种新颖做法，那么ADI是否会在手机终端也采用类似方式？Robertson的回答是，由于RF、数字基带和模拟基带的集成由于工艺相去甚远，目前还是以SiP系统封装为主；等将来RF主流工艺逐渐由BiCMOS完全过度到CMOS后，或许可行性会大增。他透露，现阶段ADI已有近一半的产品改采CMOS工艺制造，并预言说未来3G时代来临，由于带宽增大了，相关元器件往CMOS工艺迈进的脚步将会更快。这点倒是和英飞凌等大厂“英雄所见略同”。“毕竟，性能仍是主要考虑”，最后，Robertson重申ADI的产品发展理念。
