与非网 12 月 31 日讯发明于 10 多年前的以 CMOS 为基础的数字隔离器在近年迎来了高速发展,市场研究机构 IHS Markit 预测,到 2024 年数字隔离器市场规模将达到 7.67 亿美元。但是这一领域技术仍被 Silicon Labs、ADI 和 TI 等国外厂商垄断,国内数字隔离器行业起步较晚,但是在市场需求推动、国产替代需求强烈等背景下,这个模拟细分市场也开始孕育出生力军。

 

川土微电子 2020 年度全系列集成隔离电源的隔离器芯片正式发售,这是国内首款集成隔离电源的隔离器芯片系列,能够在一颗芯片里同时完成信号隔离+电源隔离+RS-485/CAN 信号收发;具备 SOP16-W, POD=10.3mm x 7.5mm x 2.5mm 的小尺寸封装,完全突破行业现有局限;全集成微型片上变压器、高达 53%的转换效率、高隔离耐压 5kVRMS 。

 

该系列芯片通过内部集成变压器、高集成度的隔离电源解决方案,提升隔离电源的耐压等级、提高系统可靠性及稳定性、降低系统设计复杂度。

 

总部位于上海青浦的川土微电子专注于射频与隔离器芯片设计,产品包括射频、隔离、接口系列,目前已广泛应用于工业控制、电源能源、仪器仪表、通信网络、电力系统等诸多领域。近日,该公司发布了最新的全系列集成隔离电源的隔离器芯片,并强调通过不断的自主创新、技术突破、渠道融合取得企业的长足发展,开辟全新的局面。

 

2020 年重磅新品及应用

此次川土微电子推出的全系列新品包括集成隔离电源的隔离器芯片系列(CA-IS306X、CA-IS309X、CA-IS36XX)、基于 Pulse-Coding 的超低功耗电容式数字隔离器系列(CS817x)、AISG 接口芯片(CA-IF4023)、±30V 总线保护±15V 共模输入的 RS485 收发器系列(CA-IF48XX、CS48XX)等。

 

国内首款集成隔离电源的隔离器芯片系列

川土微电子副总经理兼首席技术官恽廷华介绍,这是国内首款集成隔离电源的隔离器芯片系列,作为公司今年力推的重磅新品,能够在一颗芯片里同时完成信号隔离+电源隔离+RS-485/CAN 收发器,具有 SOP16-W, POD=10.3mm x 7.5mm x 2.5mm 的小尺寸封装,完全突破行业现有局限。在产品设计上,具有全集成微型片上变压器、高达 53%的转换效率、高隔离耐压 5kVRMS 等特点。该系列隔离器芯片通过内部集成变压器、高集成度的隔离电源解决方案,提升了隔离电源的耐压等级、系统可靠性及稳定性,并降低了系统设计复杂度。

 

其中的 CA-IS36XX 是增强隔离耐压并集成 DC-DC 转换器的一款芯片,它可替代传统用分立器件组建的隔离电源方案,并且新方案使得外形尺寸更小,能够实现完全隔离。CA-IS36XX 所有器件都具有故障安全模式选项,如果输入信号丢失,则以 L 为后缀的芯片默认输出为低电平,以 H 为后缀的芯片默认输出为高电平。典型应用包括工业自动化、电机控制、医疗设备、汽车电子、仪器仪表等。

 

CA-IS306X 是一款隔离式控制区域网络(CAN)物理层收发器,同时内部集成隔离式 DC-DC 转换器,具有限流、过压和接地损耗保护(–40V 至 40V)以及热关断功能,可防止输出短路,共模电压范围为–12V 至 12V。可广泛应用于 CAN 数据总线、工业现场网络、楼宇和温室环境控制自动化、安防系统、运输、医疗、电信等领域。

 

CA-IS309X 是集成隔离电源的隔离式 RS-485/RS-422 收发器,具有高电磁抗扰度和低辐射特性,可有效防止数据总线或其他电路上的噪声和浪涌进入本地接地端,从而干扰或损坏敏感电路。高 CMTI 能力可以保证数字信号的正确传输,可广泛应用于隔离 RS-485/RS-422 通信、光伏逆变器、电机驱动器等领域。

 

目前该系列产品已正式对外发售。

 

基于专利技术 Pulse-Coding 的超低功耗电容式数字隔离器系列

CS817X 是川土微电子基于获得授权专利的 pulse-coding 超低功耗容隔式数字隔离器技术打造的第三代数字隔离器系列。pulse-coding 是川土微电子首创的容隔调整解调技术,已经获得专利授权,典型应用包括锂电池保护、白色家电、工业自动化、电机控制、隔离开关电源等。

 

隔离、接口、射频三大产品线规划

川土微电子 2016 年成立之后,就迅速向市场推出了多款产品,构建了射频、隔离和接口三大产品线,并在短短 3 年内就进入盈利周期。截至今年 11 月,公司可售料号达到 189 颗,合作客户超过 500 家,迅速成长为国内数字隔离领域的佼佼者。

 

据介绍,CA-IS3XXX 隔离器产品线是基于 SiO2 电容隔离技术的芯片产品线,产品对标 T 公司、A 公司、S 公司等,可实现高品质的进口替代;规划共有五大系列隔离器产品群:数字隔离系列、模拟隔离系列、接口隔离系列、电源隔离系列、驱动隔离系列。该产品系列具有业界一流的隔离特性、稳定耐用、可靠性高的特点,已经获得超过 100 家工业类客户的批量应用。

 

目前业内的两种隔离器调制解调技术包括 OOK 调制解调技术和差分脉冲调制解调技术各有优缺点。前者具有高电平传输高频载波,低电平不发射、低传输延迟和高数据率、最高的噪声抗扰度和可靠性、传输低速信号的功耗高、静态功耗不随传输信号的速率变化等特性,CMTI 最好;后者具有上升沿传输正脉冲,下降沿传输负脉冲、传输高频信号时动态电流低、极小的传输延时和抖动、极高的数据传输速率、高数据率时低辐射等特性,噪声抗扰度较差,CMTI 较低。

 

恽廷华指出,川土微电子自主研发的 pulse-coding 编码技术进行调制解调节省功耗,实现极低静态和动态电流,多 pulse 技术带来高可靠性、融合了 OOK 调制和脉冲调制的优势,Refresh 技术则确保输出与输入的状态在任何情况下都是一致的,固定解调时间窗口实现极小的脉宽失真(PWD),更首次将容隔数字隔离器成本降低到光耦隔离器以下。

 

川土微电子产品研发部总监丁万新表示,通过系列的技术创新,产品部分性能指标上实现了对国外厂商的对标,甚至更优。例如新推出的隔离器芯片系列通过高度集成,显著缩小了产品尺寸,客户总成本也随之降低,在共模抑制等方面甚至优于国外同行,而这种高度集成产品也将成为隔离器芯片的趋势。

 

对于未来产品线规划,丁万新补充说,川土微电子接下来将致力于补齐公司三大产品线和衍生出来的子方向。首先现有标准数字隔离产品线型号已经拥有不同耐压等级、不同传输速率、不同功耗等级甚至不同架构的型号,品类相对齐全但是仍会继续拓展;第二步是将隔离芯片和接口集成;第三步就是现在在做的隔离芯片集成电源,再加进其他部分。在横向拓展上,除了隔离芯片、接口芯片,也在研发隔离误差放大器、隔离 ADC 等。

 

作为一家年轻的创业公司,川土微电子能在短时间内向市场推出众多产品型号,得益于公司精准的战略选择、强大的技术创新能力和完善的研发体系。

 

战略选择方面,在隔离芯片领域,过去全球市场主要被 Silicon Labs、ADI 和 TI 等国际厂商把持,国内厂商近两年逐渐发力,长期以来的垄断局面开始被本土厂商打破。因此,尽管有着日益完善的半导体产业链和强劲的市场需求带动,但同时国内厂商也将面临着日渐激烈的行业竞争。川土微电子在精准的市场战略定位和深厚的技术积累下,迅速从众多隔离芯片厂商中脱颖而出,成为具有市场影响力的国产数字隔离器生力军。

 

在创新能力方面,公司有超过 40 名具有十几年丰富研发经验的核心研发人员,这对高门槛的模拟芯片设计来说至关重要,专业的工程师团队能够做到与外国厂商相当的芯片性能。同时拥有丰富的芯片设计 IP 库积累,能借此迅速搭建芯片研发平台并扩展产品型号,并根据客户的特别需求,进行差异化定制。

 

在研发流程体系方面,借鉴领先设计公司的管理经验,形成了独特的开发流程和质量管控体系,保证了芯片流片的成功率。

 

本次重磅新品发布,使川土微电子再次大幅拓宽了隔离、接口两大产品线阵容,未来将全面覆盖数字隔离、接口隔离、电源隔离、I/O 隔离、模拟隔离、驱动隔离,RS-485/422、I2C、CAN、HOMEBUS、AISG,射频收发器、射频器件等,完成对射频、隔离、接口三大产品线的提升与丰富,为全世界客户提供高品质、多品类的模拟射频芯片。

 

具体的产品规划,据恽廷华介绍,在隔离产品线,明年将继续推出驱动隔离、模拟隔离、电源隔离、接口隔离、数字隔离等技术,例如数字 I/O 隔离 CA-IS838X 将光耦阵列及 GPIO 扩展至 SPI 接口,并集成至一颗芯片中,提供现场侧兼容光耦输入,无需供电;可选串并行转换;灵活的速度选择和毛刺滤波时间配置。

 

隔离放大器 CA-IS3301 将隔离器和高精度运放集成在一颗芯片上,实现高性能隔离和检测放大,提供±250V 输入电压范围、8.2 倍固定增益、低失调电压、低增益误差和温漂、低非线性度,高达 150KV/us 的 CMTI 和 5000Vrms 的隔离耐压。主要应用有电机驱动、光伏逆变、UPS、充电桩和工业机器人等。

 

其他还有隔离 ADC CA-IS3303/06、隔离误差放大器 CA-IS310x 等也将于明年陆续提供工程样品。

 

在接口产品线,明年起将陆续推出 HOMEBUS、AISG、RS-485/422 等技术,包括系列 HOMEBUS 收发器 CA-IF42088/CA-IF42086/CA-IF42099、高性能 CAN 总线收发器系列和具 ESD 和总线保护功能的 RS-485 收发器等。

 

致力成长为综合模拟芯片供应商

数据显示,2019 年全球模拟芯片市场规模为 588 亿美元,较 2018 年同比增长 10.80%;中国模拟芯片市场占全球比例超过 50%,且市场增速高于全球平均水平。截至 2019 年,我国模拟芯片行业市场规模达到了 2273.4 亿元,同比增长 6.23%,近五年复合增速为 9.16%,国产模拟芯片具有广阔发展空间。

 

尽管发展迅速,但是也要认识到国内模拟芯片厂商与国外巨头客观存在的一些差距。

 

丁万新指出,首先领先的模拟公司几乎都是 IDM 模式,拥有自己的晶圆厂可以研发差异化的特色工艺,也能保护自己的技术,提高行业门槛,未来国内模拟公司最终也会向 IDM 模式发展,但前提是要达到一定规模和体量,才能撑起一条产线;

 

第二,在品控方面,单颗芯片性能指标可能不比国外大厂差,但是大规模出货以后可靠性和一致性将是一大考验;

 

第三,在品牌认可度方面,国产芯片性能大幅提升尤其在贸易摩擦的影响下,品牌客户的采购意愿有所改善,但有部分品牌尤其是大客户考虑国产芯片时还是会有疑虑;

 

第四,在技术上国内厂商多数还处于跟随状态,做引脚兼容的低端替代,需要尽快成长起来,才有能力根据客户需求自己定义芯片。

 

在数字隔离领域,国内厂商尽管起步晚,但是在市场需求和国内品牌信赖度提升,以及供应链安全的驱动下,他们的崛起已成必然趋势。川土微电子持续推出新产品,并通过微创新手段和服务优势有望实现后发先至的竞争力,公司营收每年以 2~3 倍的速度快速增长。目前多款产品已进入大客户的 design-in,完成验证周期后出货将会迅速起量。

 

丁万新期望国产芯片公司能抓住千载难逢的时代机遇,争取成长出像 ADI、TI 这样的优秀企业,川土微电子也立志朝这个方向努力。

 

对于公司未来规划,川土微电子总经理陈东坡表示,公司正在不断扩展产品型号,力求在 2025 年,实现成为国内知名的综合模拟芯片供应商的目标。

 

为实现此这一愿景,今年川土微电子着重搭建了完善的质量体系、研发管理体系、运营体系等,将公司架构彻底搭建好,夯实基础之后发展会更顺畅。