盡管有不少陰霾，但平板電腦、智能手機(jī)、移動(dòng)通信基站、LED照明、工業(yè)控制及汽車電子領(lǐng)域，被業(yè)內(nèi)人士一致看好為2012年半導(dǎo)體市場(chǎng)的陽光地帶。

近期的深圳集成電路展、多場(chǎng)產(chǎn)業(yè)或技術(shù)研討會(huì)及北京照明展上，國(guó)內(nèi)外半導(dǎo)體廠商紛紛推出了大批創(chuàng)新基礎(chǔ)技術(shù)。在巴塞羅那世界移動(dòng)通信大會(huì)(2012MWC)上，英特爾、高通、博通、TI、MarvELl、TriQuint、飛思卡爾、聯(lián)發(fā)科、Nvidia等芯片廠商也展出了眾多半導(dǎo)體技術(shù)，使往年以設(shè)備制造商和終端廠商為主的“二人轉(zhuǎn)”，演化成了2012 MWC上，設(shè)備、終端制造商及半導(dǎo)體廠商的“三國(guó)鼎立”。

下面以LED照明業(yè)為例，盤點(diǎn)一下近期半導(dǎo)體業(yè)在各應(yīng)用領(lǐng)域的新技術(shù)。

　　LED照明篇

在歐債危機(jī)控制不力、美國(guó)、日本緩慢恢復(fù)的大背景下，中國(guó)將成為全球LED市場(chǎng)發(fā)展的主要驅(qū)動(dòng)力量。盡管LED背光市場(chǎng)增長(zhǎng)乏力，但受中國(guó)政府的政策支持，戶外、商業(yè)和工業(yè)LED照明市場(chǎng)的引擎相當(dāng)強(qiáng)勁。

例如，蘇寧電器最近同意委托華訊節(jié)能及中國(guó)普天，以LED照明設(shè)備取代現(xiàn)有1000多家零售店的照明設(shè)備。其他企業(yè)也會(huì)陸續(xù)跟上。

Marvell全球技術(shù)營(yíng)銷高級(jí)經(jīng)理Lance Zheng(見圖1)在深圳的“2012產(chǎn)業(yè)和技術(shù)研討會(huì)”上也表示：“2011年中國(guó)商業(yè)照明增長(zhǎng)約70%，2012年將延續(xù)這一趨勢(shì)和增長(zhǎng)率。”他還指出：“中國(guó)對(duì)LED燈泡的需求，肯定沒有歐美大。這主要因?yàn)橹袊?guó)用戶對(duì)成本更敏感;2012年歐盟的白熾燈將全部淘汰;2012年10月1日，美國(guó)要求白熾燈光效達(dá)到25lm/W。目前，全球LED制造70%在中國(guó)，其中大部分在深圳，產(chǎn)品多銷往歐美。”

家庭普及LED照明最多還有兩年緩沖期

仔細(xì)閱讀中國(guó)發(fā)改委關(guān)于LED照明的政策就會(huì)發(fā)現(xiàn)，從2012年和2014年的10月1日起，將分別禁止銷售和進(jìn)口100W和60W及以上普通照明白熾燈。

由于家庭中主要使用100W以下的白熾燈，且目前LED家庭照明的每居室單套成本要幾十元或上百元，一個(gè)家庭根據(jù)居室數(shù)量的多少需用多套，絕大部分家庭難以或不愿承擔(dān)。因此，有理由相信，政策的大規(guī)模效應(yīng)不會(huì)馬上顯現(xiàn)，LED照明真正進(jìn)入家庭的時(shí)間未必在2012年，而很可能被推遲到2014年。就是說，還有兩年多的緩沖期供廠商進(jìn)行市場(chǎng)鋪墊、推廣，開發(fā)燈具和電源驅(qū)動(dòng)等相關(guān)新技術(shù)和產(chǎn)品，進(jìn)一步將高高在上的成本拉下來，并提高可靠性。

LED照明設(shè)計(jì)挑戰(zhàn)

飛兆半導(dǎo)體技術(shù)營(yíng)銷部經(jīng)理錢家法(見圖2)分析了LED照明設(shè)計(jì)中的幾項(xiàng)關(guān)鍵因素：

1.對(duì)于5W以上的交流電壓輸入應(yīng)用，額定輸入電壓下，PF(功率因數(shù))≥0.9;對(duì)低電壓輸入的MR16 照明燈應(yīng)用，沒有規(guī)定。目前對(duì)于5W以下應(yīng)用的PFC需求開始增加;需省去輸入電解電容器。

2.功率大于25W 時(shí)，THD(總諧波失真)要小于25% (俄羅斯市場(chǎng)<10%)。對(duì)于球泡型應(yīng)用沒有嚴(yán)格的要求。

3.LED驅(qū)動(dòng)板的功率效率，在低功率應(yīng)用中，無調(diào)光板時(shí)，要大于85%;有調(diào)光板時(shí)要大于80%。效率越來越高，但相關(guān)的BOM成本也增加了。

4.在調(diào)光兼容性方面，切相(Phase cut)調(diào)光器(前沿型和后沿型)是主流，要保證LED燈不閃爍。

　調(diào)光技術(shù)的比較

目前的歐美日家庭照明市場(chǎng)上，普遍采用的是可控硅調(diào)光器(Triac dimmer)。在深圳集成電路展的LED照明技術(shù)研討會(huì)上，臺(tái)灣新綠科技演講人表示，今后LED照明在家庭普及的過程中，消費(fèi)者希望最好不改變家里現(xiàn)有的照明布線，否則需要重新施工、裝修，非常麻煩。

目前常見的調(diào)光器包括可控硅調(diào)光器(前切式)、電子調(diào)光器(后切式)和遙控調(diào)光器(紅外線或RF式)。

該演講人分析指出，電子調(diào)光器需要對(duì)居室線路重新施工，遙控調(diào)光器價(jià)格昂貴，又無統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)?？煽毓枵{(diào)光器由于用戶不需重新施工改變現(xiàn)有線路，所以現(xiàn)階段應(yīng)用較多。但會(huì)降低PFC，深度調(diào)光時(shí)，導(dǎo)通角更短，這種缺點(diǎn)就更明顯;還會(huì)降低功效;使THD增大;有突波電流;切角很小時(shí)，存在LED燈閃爍不定的問題。

新綠科技的EZDimming調(diào)光技術(shù)結(jié)合了正弦降壓線路或正弦正激線路的專利驅(qū)動(dòng)技術(shù)，通過檢測(cè)現(xiàn)有的墻壁開關(guān)切換次數(shù)進(jìn)行調(diào)光，PF大于0.9，功效在80%以上，切換柔和，沒有突波電流或噪音，線路少、成本低。

　　沒有電解電容器的調(diào)光驅(qū)動(dòng)技術(shù)

飛兆的錢家法指出，其具備大(50W以上)、中(20W-50W)、小(20W以下)功率LED驅(qū)動(dòng)方案。在20W以下的家庭和商業(yè)LED照明方面，由于調(diào)光器兼容性問題，在普通可控硅調(diào)光器結(jié)構(gòu)中實(shí)現(xiàn)LED調(diào)光很困難。為此，飛兆開發(fā)出了帶功率因數(shù)校正(PFC)、可控硅和模擬調(diào)光能力的FL7730單級(jí)原邊調(diào)節(jié)(PSR)控制器，可兼容80%以上的調(diào)光器。

FL7730通過獨(dú)特的模擬感測(cè)技術(shù)，可在從0至100%光輸出的整個(gè)范圍內(nèi)，實(shí)現(xiàn)無閃爍的可控硅調(diào)光控制。FL7730和FL7732(不可調(diào)光)采用初級(jí)端調(diào)節(jié)和單級(jí)PFC拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，去掉了輸入電解電容器和反饋電路(見圖3)，減小了空間，并降低了系統(tǒng)成本。

圖3 飛兆FL7730(可調(diào)光)/FL7732(不可調(diào)光)解決方案

通過內(nèi)部誤差放大器和低帶寬補(bǔ)償器，實(shí)現(xiàn)了恒定導(dǎo)通時(shí)間控制。功效在85%以上，PF在0.9以上，THD滿足EN61000標(biāo)準(zhǔn)的Class C要求?！?%的恒流精度/控制可以不受輸入和輸出電壓的影響，調(diào)節(jié)輸出電流。

對(duì)于下一步研發(fā)趨勢(shì)，他表示，提高可靠性是重點(diǎn)，今后，大功率電源驅(qū)動(dòng)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)會(huì)發(fā)生變化。

有可能降低到0.5美元的LED驅(qū)動(dòng)器

Marvell的Lance Zheng介紹，2月7日-9日在美國(guó)加州舉行的“2012年美國(guó)SIL照明展”上，Marvell展示了一款深度調(diào)光AC/DC LED驅(qū)動(dòng)芯片88EM8183。該芯片具有單級(jí)原邊電流控制，PFC/QRC和低谷開關(guān)，片上高壓?jiǎn)?dòng)電流?？蛇M(jìn)行1%的深度調(diào)光，滿足NEMA SSL6調(diào)光標(biāo)準(zhǔn)。[!--empirenews.page--]

88EM8183不需要光耦合器和次級(jí)反饋電路，也不需調(diào)光器泄流電路。效率達(dá)90%，有助于延長(zhǎng)LED燈的壽命。PF在0.95以上，THD低于20%。據(jù)了解，目前在美國(guó)，若THD高于25%，就不能享受政府的政策補(bǔ)貼。目前，市場(chǎng)上的同類芯片通常含有50、60個(gè)元件，而88EM8183只有33個(gè)，這降低了30-40%的成本。據(jù)稱，今后可以進(jìn)一步降低到0.5美元，屆時(shí)也標(biāo)志著家庭LED照明的真正普及。

88EM8183可兼容110多種調(diào)光器。在圖4所示的調(diào)光曲線中，通過對(duì)固化了多種算法的OTP存儲(chǔ)器進(jìn)行編程，藍(lán)色曲線最右上邊的點(diǎn)可以橫向移動(dòng)。另外，通過改變芯片電路里的一個(gè)外置電阻，可以把曲線往下拉，使調(diào)光曲線更趨理想，即與白熾燈的調(diào)光曲線(中間藍(lán)色線)盡量吻合。

圖4 Marvell深度調(diào)光AC/DC LED驅(qū)動(dòng)芯片88EM8183的調(diào)光曲線

另外，智能雙通道DC/DC LED驅(qū)動(dòng)芯片88EM8801可獨(dú)立控制兩條LED燈串。集成了4個(gè)MOSFET，成本降低，效率可達(dá)到97%。可把紅、藍(lán)光LED混合在一起，進(jìn)行溫度補(bǔ)償，提高效率，最高達(dá)97%。此外，可以實(shí)現(xiàn)0.1%的PWM調(diào)光精度。OTP存儲(chǔ)器程序可通過I2C接口進(jìn)行Zigbee、WiFi和PLC通信。

對(duì)于未來的智能照明平臺(tái)，鄭先生表示，每個(gè)燈具里都有驅(qū)動(dòng)芯片，所有燈具會(huì)連到Marvell處理器的網(wǎng)關(guān)，芯片可以連到手機(jī)或平板電腦上進(jìn)行遙控調(diào)光。還可利用LED上的傳感器控制溫度。目前，華為在其手機(jī)中利用Android系統(tǒng)開發(fā)了一個(gè)界面，以控制照明。他表示：“在目前提供的交鑰匙方案中，通信器件與驅(qū)動(dòng)芯片是分開的，等到市場(chǎng)起量時(shí)，會(huì)把他們集成?！?/P>

AC/DC轉(zhuǎn)換不見了

首爾半導(dǎo)體在3月1日的2012北京照明展上，展示了交流驅(qū)動(dòng)LED Acrich2系列模塊。其獨(dú)有的專利技術(shù)消除了AC/DC轉(zhuǎn)換環(huán)節(jié)。4W、8W、12W和16W的Acrich2模塊方案能取代40W、60W、100W的白熾燈，及MR16鹵素?zé)艉?font color=#0000ff>筒燈。Acrich 2的PF為0.97，功效在90%以上，THD低于25%。燈具制造商可直接把內(nèi)置Acrich 2的產(chǎn)品插入墻體。

另外，其大功率LED ZC系列以板上芯片直裝式(COB)封裝，采用了高反射鋁基板，提高了亮度并延長(zhǎng)了LED燈泡的壽命。‖

攜MCU優(yōu)勢(shì)實(shí)現(xiàn)智能LED照明

目前，擁有MCU技術(shù)和電源驅(qū)動(dòng)技術(shù)的廠商，基本都已將兩者結(jié)合，目的就是搶占LED智能照明市場(chǎng)的制高點(diǎn)。

愛特梅爾亞太區(qū)營(yíng)銷總監(jiān)曹介龍(見圖5)表示：“智能控制是LED燈的最大優(yōu)勢(shì)之一。8位和32位AVR MCU是我們擅長(zhǎng)的控制技術(shù)，將其與LED驅(qū)動(dòng)芯片結(jié)合，再加上其他廠商的Zigbee(802.15.4協(xié)議)芯片方案，就可實(shí)現(xiàn)LED照明的遠(yuǎn)程控制(見圖6)。Zigbee光線鏈接狀態(tài)支持ZLL草案，并針對(duì)黃金單元(Golden Unit)狀態(tài)。我們的總體戰(zhàn)略是先切入LED背光照明，之后是小功率LED照明市場(chǎng)，目前的核心技術(shù)已經(jīng)儲(chǔ)備到了中、大功率部分?！?/P>

圖6 愛特梅爾采用2.4G Zigbee收發(fā)器的遠(yuǎn)程控制LED燈設(shè)計(jì)

在效率優(yōu)化方面，盡量減小因LED串Vf 失配而導(dǎo)致的功耗，通過芯片反饋引腳控制電源輸出電壓，自動(dòng)啟動(dòng)校正和重新校正，針對(duì)Vf 變化而調(diào)節(jié)，系統(tǒng)架構(gòu)不會(huì)影響調(diào)光范圍與對(duì)比度。在老化和色彩-溫度調(diào)節(jié)方面，有內(nèi)部EEPROM，可自動(dòng)測(cè)試，調(diào)節(jié)各個(gè)LED串以匹配色彩。并能進(jìn)行軟硬件調(diào)光。

另一MCU巨頭富士通半導(dǎo)體也展示了將8位MCU控制芯片8FX與LED照明驅(qū)動(dòng)結(jié)合的小功率、低成本LED太陽能花園燈技術(shù)和LED三色調(diào)光方案(見圖7)。

圖7 富士通半導(dǎo)體將8位MCU與LED照明驅(qū)動(dòng)結(jié)合的小功率、低成本LED太陽能花園燈技術(shù)和LED三色調(diào)光方案

英飛凌也采用了MCU控制多通道LED燈或模塊，該MCU可進(jìn)行調(diào)光、燈溫控制，并與照明網(wǎng)絡(luò)連接，實(shí)現(xiàn)日光調(diào)節(jié)、運(yùn)動(dòng)控制開關(guān)、統(tǒng)一遠(yuǎn)程控制、HMI接口、維護(hù)監(jiān)控、燈驗(yàn)證等功能。

另外，飛思卡爾采用SiP工藝的ZigBee兼容平臺(tái)MC13213，集成了8位MCU MC9S08GT和Zigbee(IEEE 802.15.4)的MC1320x 2.4GHz射頻接收器，可支持6萬多個(gè)射頻網(wǎng)絡(luò)終端，實(shí)現(xiàn)LED照明的智能遠(yuǎn)程控制。

世界最小Triac調(diào)光的AC/DC LED驅(qū)動(dòng)器

羅姆半導(dǎo)體的30W功率LED照明驅(qū)動(dòng)芯片(可調(diào)光)T4/T5/T8/T10，可使PF改善到0.99，符合IEC61000-3-2標(biāo)準(zhǔn);厚度比此前產(chǎn)品減少了30%，適于直管型、無接縫型、遮蓬燈。

羅姆(深圳)設(shè)計(jì)中心工程師胡琳龍表示，其LED驅(qū)動(dòng)器參考設(shè)計(jì)對(duì)于9-12W的功率，PF可達(dá)0.9以上;7-12W的功率，PF可達(dá)0.85以上;5-7W的功率，PF也在0.7以上。

筆者還發(fā)現(xiàn)了羅姆一款號(hào)稱世界最小可控硅調(diào)光的AC/DC LED驅(qū)動(dòng)器，在5W輸出、100Vac時(shí)，效率為65%;200Vac時(shí)，效率為58%。已通過傳導(dǎo)干擾測(cè)試(CISPR15)和輻射干擾測(cè)試(IEC61000-3),兼容絕大部分可控硅調(diào)光器。

另外，LED照明驅(qū)動(dòng)芯片BD555ALFV可實(shí)現(xiàn)可控硅/PWM/線性調(diào)光，調(diào)光比為1%-100%;內(nèi)置的傾斜功能可實(shí)現(xiàn)平穩(wěn)的照度變化(見圖8)。適于燈泡型、射燈和普通LED照明。

center>圖8 羅姆半導(dǎo)體的LED照明驅(qū)動(dòng)芯片BD555ALFV可實(shí)現(xiàn)可控硅/PWM/線性調(diào)光

硅集成氮化鎵技術(shù)降低高亮度LED照明成本80%

英國(guó)普萊思(Plessey)的高亮度LED照明技術(shù)非常前衛(wèi)，目前看，似乎顯得有些鶴立雞群。該技術(shù)能在現(xiàn)有的標(biāo)準(zhǔn)硅襯底上集成超薄的高亮度LED結(jié)構(gòu)。而現(xiàn)在普遍只能在SiC或藍(lán)寶石基板上完成，且價(jià)格昂貴。硅集成氮化鎵工藝的重大意義在于，解決了在大尺寸硅襯底上集成高亮度LED時(shí)，氮化鎵和硅晶體在晶格中的高度失配現(xiàn)象。硅集成氮化鎵方案可將現(xiàn)有成本降低80%。該公司表示，將于2012年晚些時(shí)候發(fā)布輸出150lm/W以上的產(chǎn)品。[!--empirenews.page--]

不少LED照明廠商對(duì)此評(píng)論說，硅集成氮化鎵技術(shù)確實(shí)非常棒，但更適于大功率LED照明，家庭應(yīng)用不是它的“菜”。