2013近看硅谷之Linear：模擬IC的GURU之家

Linear公司是硅谷的“非著名”公司。相比與Intel、TI這些公司，一般人可能很少聽過它。但在半導體行業(yè)內(nèi)，Linear公司可是大名鼎鼎的。靠著高性能模擬產(chǎn)品的出色表現(xiàn)，其曾在2011年力壓蘋果和谷歌，成為最賺錢的科技公司。

Linear公司成立于1981年，那時正逢數(shù)字技術(shù)興起的年代，創(chuàng)始人Robert Swanson沒有隨波逐流，而是認定“數(shù)字技術(shù)越發(fā)達，模擬技術(shù)越重要”這條理念，堅定地走在模擬的道路上。事實證明了他的遠見，Linear公司的利潤率一直領(lǐng)先于全行業(yè)。從00年到12年，Linear營業(yè)毛利率一直穩(wěn)定在50%左右。

Linear公司是一家非常有個性的公司，“它花5-10年為工業(yè)用戶設(shè)計產(chǎn)品，沒有多少公司愿意冒這個險，如此專注”，美國的一位分析師曾這樣表示。它的業(yè)績一直在增長，但卻并不一味擴張。在其30多年的歷史上，很少有并購發(fā)生。這同硅谷公司流行的并購文化大相徑庭。

Linear公司稱自己是IC設(shè)計GURU之家。GURU在英文中有專家、導師的意思。因為匯聚了不少頂尖模擬技術(shù)高手，這個稱號名副其實。公司的幾位初創(chuàng)者都來自國半公司，他們都是各自領(lǐng)域的楚翹。用公司VP兼混合信號業(yè)務(wù)部總經(jīng)理Robert Reay的話說，“不管遇到什么困難，這幾個人只要一打響指，問題就迎刃而解”。Linear的第一款產(chǎn)品LT1001就是他們開發(fā)的，它現(xiàn)在還在為Linear賺錢。

Robert Reay認為Linear成功的秘訣在于獨特的產(chǎn)品發(fā)掘和定義過程。這個工作由工程師而不是由市場人員來負責。工程師們經(jīng)常會去拜訪客戶，聆聽客戶的需求。當有靈感產(chǎn)生的時候，就拿去討論，得到其他工程師的認可，即開始設(shè)計。整個過程耗時很少，最快的時候一周左右就能完成。

介紹完Linear公司的背景，下面就來展示Linear公司為這次歐亞媒體硅谷行所介紹的新產(chǎn)品。

數(shù)字電源浪潮不可擋

通過這次硅谷之行，可以感覺到數(shù)字電源的時代真是到來了。幾乎每家做電源的廠商都在推介數(shù)字電源產(chǎn)品，連Linear這樣最純正的模擬公司都不例外。

LTM4676是新推產(chǎn)品，為雙通道13A或單通道26A μModule穩(wěn)壓器，具備了數(shù)字電源管理功能。其輸入電壓范圍是4.5～26.5V；輸出電壓為0.5～5.4V；在整個溫度范圍內(nèi)具有±1%的最大DC輸出誤差；在10A負載條件下具有±2.5%的電流回讀準確度。

這些參數(shù)都在傳統(tǒng)穩(wěn)壓器的范圍內(nèi)，下面是具有數(shù)字電源特征的參數(shù)：符合400kHz PMBus標準的I2C串行接口；集成型16位ΔΣADC；恒定頻率電流模式控制；可對多個模塊進行并聯(lián)和均流；16個從地址，電源軌/全局尋址。

這個產(chǎn)品適用的場合是數(shù)據(jù)中心，方便遠程監(jiān)控和調(diào)制。想要對其進行配置也很簡單，采用linear提供的LTpowerPlay軟件，就能輕松搞定。

電池守護神

電池組最大的問題就是電池之間的不平衡，容量較低的電池放電也快，這會導致電池組中會有很多電量被白白浪費掉。Linear采用了“Active Balancing”（主動均衡）的技術(shù)，通過將能量在電池間再分配來實現(xiàn)電池間的平衡。具體來說，就是將高電量電池的電充入低電量電池，以達到平衡。

應(yīng)用這項技術(shù)的有兩種產(chǎn)品：LTC3300和LT8584。

LTC3300可實現(xiàn)6節(jié)串聯(lián)鋰離子或磷酸鐵鋰(LiFePO4)電池的雙向同步反激式平衡，平衡電流高達10A，雙向架構(gòu)，電荷轉(zhuǎn)移效率高達92%，可堆疊式架構(gòu)實現(xiàn)了>1000V的系統(tǒng)，使用簡單的雙繞組變壓器，1MHz可菊鏈式串行接口帶有4位CRC包錯誤檢查，高噪聲裕度串行通信。

LT8584是具有具遙測接口的2.5A單片式主動電池電荷平衡器。它具有2.5A典型平均電池放電電流，集成型6A、50V電源開關(guān)，可選的電流和溫度監(jiān)視器，在停機模式中具有超低的靜態(tài)電流，專門針對符合ISO 26262標準的系統(tǒng)而進行設(shè)計，可兼容FMEA；隔離式平衡：能夠?qū)㈦姾苫厮椭岭姵亟M頂端，能夠?qū)㈦姾苫厮椭岭姵亟M中的任何電池組合，能夠?qū)㈦姾苫厮椭?2V電池以替代交流發(fā)電機。

目前流行的電池組均衡技術(shù)，相比與功率耗散為手段的被動均衡技術(shù)，主動均衡技術(shù)的效率更高，所以開始成為主流。

橋式整流電路的新創(chuàng)舉

橋式整流電路是最經(jīng)典的模擬電路之一，每個模擬工程師都會爛熟于心。Linear在這個經(jīng)典電路上來了個改動，將二極管替換為N溝道或P溝道MOSFET。這樣就增加了可用電壓范圍，并能夠?qū)峁拇蠓档汀?/p>

LT4321是采用這種架構(gòu)的雙路理想二極管橋控制器，用在以太網(wǎng)供電的受電設(shè)備中。其經(jīng)過精心設(shè)計，以符合IEEE 802.3的要求，偏置電流不影響檢測和分級。該控制器用在2或4線對以太網(wǎng)上，與PoE、PoE+和LTPoE++標準兼容。集成的充電泵為8個低導通電阻N溝道MOSFET提供柵極驅(qū)動，無需外部電容器。

說起用MOSFET替換二極管這個創(chuàng)意的來歷，還有點意思。這是Linear的工程師同制造柏青哥（彈珠游戲機）的客戶聊天時產(chǎn)生的想法。用工程師而不是市場人員來接觸客戶，使得Linear獲益頗多。

閃爍的智能塵埃

智能塵埃本是美國國防部所提出的一個研究項目，旨在通過在戰(zhàn)場上布撒大量能自組網(wǎng)的傳感器來密切監(jiān)控敵情。在物聯(lián)網(wǎng)概念興起后，這個項目開始涉及民用，應(yīng)用在工業(yè)和環(huán)境監(jiān)控中。

Linear于2011年收購了Dust Networks公司，該公司的CTO Kris Pister博士是智能塵埃的提出者之一。Dust Networks率先推出了SmartMesh網(wǎng)絡(luò)，能自組網(wǎng)的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)。Linear的這次收購也是公司歷史上為數(shù)不多的幾次收購之一。

對無線傳感器網(wǎng)絡(luò)來說，最大的問題就是能量問題。傳感器節(jié)點布置到位后，往往很難更換電池，所以能量的自采集是個很好的辦法。Linear在能量采集方面頗有心得，收購Dust Networks后，就推出一整套的解決方案。

LTC5800是SmartMesh WirelessHART節(jié)點無線微塵，可以組成SmartMesh網(wǎng)絡(luò)。LTC5800-WHM SoC具有一個片內(nèi)功耗放大器(PA)和收發(fā)器，只需電源去耦、晶體和具有匹配電路的天線即可創(chuàng)建一個完整的無線節(jié)點。利用Dust的時間同步WirelessHART網(wǎng)絡(luò)，網(wǎng)絡(luò)中的所有節(jié)點皆可傳送、供應(yīng)或終止數(shù)據(jù)，并能在采用電池供電的情況下工作多年。

LTC3330是具有能量收集電池壽命延長器的毫微功率降壓-升壓DC/DC，其集成了一個高電壓能量收集電源和一個由主電池供電的DC/DC轉(zhuǎn)換器，可創(chuàng)建一款面向可替代能源應(yīng)用的單輸出電源。由一個集成型全波橋式整流器和一個高電壓降壓轉(zhuǎn)換器組成的能量收集電源負責從壓電源、太陽能或磁源收集能量。

這兩款產(chǎn)品互相配合，就能實現(xiàn)一個理想的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)。

后記

Linear公司的產(chǎn)品種類非常之多，多到據(jù)說連他們的工程師都不清楚。這些產(chǎn)品是如何設(shè)計的呢？Robert Reay告訴記者們，“產(chǎn)品不是設(shè)計出來的，是搭建出來的”。下圖是模擬設(shè)計大牛Jim Williams混亂而復(fù)雜的實驗室，很多出色的產(chǎn)品就是在這個實驗室里一點點搭出來的。這也是模擬設(shè)計與數(shù)字設(shè)計最大的不同，模擬的設(shè)計就像是在一片荊棘中探尋道路一樣，要經(jīng)歷多次的嘗試，甚至是無功而返。所以，模擬工程師的成長過程也要比數(shù)字工程師長很多。工作5年，一個模擬設(shè)計工程師才算是上了道，而再經(jīng)過5年，才能進入一個比較自如的境界。

對很多模擬公司來說，找到幾個成熟的模擬工程師那就是撞大運了，而Linear能擁有一個數(shù)量、質(zhì)量俱佳的模擬工程師隊伍，豈不是很令人羨慕。我認為，Linear的管理團隊有極大的毅力和耐心，而幾位技術(shù)帶頭人（就像Robert Dobkin，Jim Williams）也是全身心投入到模擬技術(shù)中，這才造就了模擬行業(yè)的一個傳奇。