模擬信號(hào)的作用及模擬芯片的市場(chǎng)

模擬芯片是集成的模擬電路，用于處理模擬信號(hào)，并且是處理外界信號(hào)的第一關(guān)口，所有的數(shù)據(jù)的源頭都是模擬信號(hào)。

一、模擬信號(hào)的作用

模擬信號(hào)是在時(shí)間和幅值上都連續(xù)的信號(hào)，數(shù)字信號(hào)則是時(shí)間和幅值上都不連續(xù)的信號(hào)。外界信號(hào)經(jīng)傳感器轉(zhuǎn)化為電信號(hào)后，是模擬信號(hào)，在模擬芯片構(gòu)成的系統(tǒng)里進(jìn)行進(jìn)一步的放大、濾波等處理。處理后的模擬信號(hào)既可以通過(guò)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器輸出到數(shù)字系統(tǒng)進(jìn)行處理，也可以直接輸出到執(zhí)行器。

常見(jiàn)的數(shù)?；旌舷到y(tǒng)包括：消費(fèi)領(lǐng)域的手機(jī)、個(gè)人電腦、數(shù)碼相機(jī)、麥克風(fēng)、揚(yáng)聲器等，工業(yè)領(lǐng)域的溫度檢測(cè)器、心電圖儀、飛機(jī)系統(tǒng)，汽車(chē)領(lǐng)域的倒車(chē)顯示儀等，模擬芯片無(wú)處不在。

(模擬芯片是信號(hào)處理必不可少的一環(huán))

信號(hào)以電的形式傳遞，根據(jù)電流/電壓的強(qiáng)弱分成兩類(lèi)模擬信號(hào)，弱電和強(qiáng)電。信號(hào)鏈產(chǎn)品負(fù)責(zé)對(duì)弱電進(jìn)行處理。電源管理產(chǎn)品主要對(duì)強(qiáng)電進(jìn)行處理，亦處理弱電。

二、全球模擬芯片的市場(chǎng)和發(fā)展

1.前十大品牌的市場(chǎng)比重

TI德州儀器是第一個(gè)制造出集成電路的公司，在電源管理和運(yùn)算放大器這兩個(gè)領(lǐng)域處于龍頭地位，下游市場(chǎng)集中于工業(yè)和汽車(chē)電子市場(chǎng)。TI2019年的模擬收入占其IC總銷(xiāo)售額128億美元的80%，占其半導(dǎo)體總收入137億美元的75%。

ADI亞德諾以運(yùn)算放大器起家，是數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器龍頭，在運(yùn)放、電源管理的市場(chǎng)份額靠前，目前專(zhuān)注于工業(yè)和通信市場(chǎng)。

Infineon英飛凌是著名的汽車(chē)電子廠(chǎng)商，在電源管理和功率半導(dǎo)體中排名靠前。

Skyworks思佳訊則是一家專(zhuān)注射頻領(lǐng)域的模擬廠(chǎng)家，射頻芯片巨頭之一，主要客戶(hù)為蘋(píng)果等消費(fèi)電子廠(chǎng)商，以及通信設(shè)備廠(chǎng)商供貨。

NXP恩智浦、ON安森美、Renesas瑞薩均是實(shí)力較強(qiáng)的汽車(chē)電子廠(chǎng)商。

Maxim美信則更專(zhuān)注于工業(yè)領(lǐng)域

Microchip微芯科技在模擬產(chǎn)品外，較為偏重于數(shù)字領(lǐng)域的MCU。

（2019年全球10大模擬IC廠(chǎng)商排名)

2.本季度交期上漲明顯，價(jià)格趨于穩(wěn)定

據(jù)市場(chǎng)分析資料顯示交期上漲最明顯的是開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓器，交期上漲的部分品牌有DIODES，MICROCHIP，RENESAS, ON，ST等，交期均在12周~20+周

其次交期上漲較多的是傳感器，部分品牌有：Panasonic，TE，NXP，Melexis等，其中Melexis的交期在16周-52周。

還有多源模擬/電源交期上漲也居多，部分品牌有：DIODES，ON，ST，RENESAS。

在價(jià)格方面，MAXIM的開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓器略有上漲，其他品牌基本平穩(wěn)。

兩類(lèi)重要的模擬芯片:信號(hào)鏈和電源管理

信號(hào)鏈產(chǎn)品主要包括運(yùn)算放大器和數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器，處理信息交互的需求。

在數(shù)?；旌系南到y(tǒng)中，一個(gè)完整的信號(hào)處理過(guò)程如下：

傳感器：通過(guò)傳感器獲取外界原始的物理信號(hào)，典型的包括聲音、圖像、溫度、濕度、壓力等，并轉(zhuǎn)換成為這些物理信號(hào)相對(duì)應(yīng)的連續(xù)時(shí)間模擬信號(hào)，典型形式為電壓/電流。

放大器、濾波器：通過(guò)由放大器和濾波器構(gòu)成的信號(hào)調(diào)理單元對(duì)模擬信號(hào)進(jìn)行處理。放大器的作用是將微弱的模擬小信號(hào)進(jìn)行放大，以適配到ADC的滿(mǎn)量程輸入范圍;濾波器的作用主要是對(duì)信號(hào)進(jìn)行帶限， 目的是滿(mǎn)足奈奎斯特采樣定理的要求。

數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器：通過(guò)ADC將處理后的電壓/電流信號(hào)轉(zhuǎn)換為所對(duì)應(yīng)的離散數(shù)字量，提供給后續(xù)數(shù)字單元進(jìn)行處理。

數(shù)字處理：由數(shù)字處理系統(tǒng)(MCU、DSP或FPGA)對(duì)離散數(shù)字量進(jìn)行數(shù)字化處理，它通常用于實(shí)現(xiàn)數(shù)字信號(hào)處理算法。

數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器：數(shù)字處理系統(tǒng)處理完以后的離散數(shù)字量送到了DAC。通過(guò)它，再次轉(zhuǎn)換成連續(xù)的模擬信號(hào)。

濾波器：由于DAC輸出的信號(hào)中含有“臺(tái)階”型的高頻分量，因此需要使用重構(gòu)濾波器進(jìn)行進(jìn)一步處理濾除高頻噪聲，最終得到重構(gòu)后的模擬輸出信號(hào)。

其中，最重要的是運(yùn)算放大器和數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器

運(yùn)算放大器是模擬電路的“基礎(chǔ)積木”，應(yīng)用極為廣泛。運(yùn)算放大器是指對(duì)模擬信號(hào)進(jìn)行相加、積分等運(yùn)算的 放大電路，常用于將微弱的小信號(hào)放大成大信號(hào)。同時(shí)，運(yùn)算放大器是構(gòu)成許多模擬器件的基礎(chǔ)，數(shù)模轉(zhuǎn)換器、電流-電壓轉(zhuǎn)換器、濾波器、比較器、線(xiàn)性穩(wěn)壓器等都需要運(yùn)放。可以說(shuō)，運(yùn)算放大器是模擬電路的“基礎(chǔ)積木”。

數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器是連接模擬與數(shù)字系統(tǒng)的橋梁，必不可少。模數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)負(fù)責(zé)將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，數(shù)模轉(zhuǎn)換器(DAC)負(fù)責(zé)將數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換為模擬信號(hào)。傳感器把真實(shí)世界的溫度、壓力、聲音等轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，這些信號(hào)大多為模擬信號(hào)，無(wú)法被數(shù)字系統(tǒng)識(shí)別與處理。只有通過(guò)ADC的轉(zhuǎn)換才能被MCU 采集并處理。另外，揚(yáng)聲器等都需要模擬信號(hào)輸入才能工作，所以需要DAC把數(shù)字系統(tǒng)輸出的數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換成模擬信號(hào)。因此，只要涉及數(shù)字處理，就一定要有數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器。

三、電源管理是電子電路必要需求

只要是電子系統(tǒng)，均需要電源供電，常見(jiàn)的供電電源有電源適配器、蓄電池、等。根據(jù)輸入輸出電流類(lèi)型，可以將電源管理器分為4大類(lèi)型：AC-DC(整流)、AC-AC(變頻等)、DC-DC(斬波)、DC-AC(逆變)。

(電路中常見(jiàn)的電源管理需求)

開(kāi)關(guān)整流器(AC-DC)主要負(fù)責(zé)將交流電轉(zhuǎn)換成直流電，常見(jiàn)的有筆記本電腦的電源適配器。

交流—交流變頻器(AC-AC)負(fù)責(zé)將某個(gè)頻率的交流電轉(zhuǎn)換為另一種恒定頻率或可變頻率的交流電。

直流—直流變換器(DC-DC)將直流電轉(zhuǎn)換成另一種不同頻率、相位、電流、電壓特征的直流電。

逆變器(DC-AC)將直流電轉(zhuǎn)換成交流電的開(kāi)關(guān)變換器，有的稱(chēng)其為變流器，是交流輸出開(kāi)關(guān)電源和不間斷電源(UPS)的主要部件。

(穩(wěn)壓是電路的基本功能)

電源管理芯片是集成的電源管理電路，主要功能是穩(wěn)壓、升降壓、恒流、交流直流轉(zhuǎn)換等，分為線(xiàn)性穩(wěn)壓器(LDO)、電荷泵(Charger-pump)芯片、DC-DC轉(zhuǎn)換器(DC-DC)、交流直流轉(zhuǎn)換器(AC-DC)、LED驅(qū)動(dòng)芯片等。典型的應(yīng)用是手機(jī)、筆記本電腦等消費(fèi)電子的充電器、LED驅(qū)動(dòng)器。比如，穩(wěn)壓器對(duì)220V的市電降壓，并輸出穩(wěn)定的直流低壓供用筆記本電腦;LED驅(qū)動(dòng)對(duì)手機(jī)內(nèi)部電源升壓，以驅(qū)動(dòng)攝像頭閃光燈。

(電源管理芯片應(yīng)用領(lǐng)域廣泛)

四、電源管理的需求增長(zhǎng)迅速

在模擬集成電路中，電源管理是最大的市場(chǎng)，規(guī)模約216億美元，占比42%;信號(hào)鏈?zhǔn)袌?chǎng)143億美元(28%)，射頻及其他產(chǎn)品市場(chǎng)約158億美元，占比30%。

電源管理芯片從90年代開(kāi)始快速發(fā)展，成長(zhǎng)為模擬芯片產(chǎn)業(yè)的一個(gè)重要行業(yè)。1981年，電源管理芯片市場(chǎng)規(guī)模僅有1億美元，而至2018年，已發(fā)展成為一個(gè)250億美元的行業(yè)。電源管理芯片占模擬芯片市場(chǎng)的比例， 從1981年的8%、1995年的9%，迅速增大至2018年的43%。

(模擬芯片主要是信號(hào)鏈和電源管理芯片)

五、為什么電源管理產(chǎn)品在模擬芯片占比迅速增大?

大部分的行業(yè)人士，這是因?yàn)殡娫垂芾碓谙M(fèi)領(lǐng)域有持續(xù)的新需求驅(qū)動(dòng)。由于低功耗、低質(zhì)量和可便攜設(shè)備的發(fā)展，使得電源轉(zhuǎn)換效率技術(shù)和要求不斷發(fā)展。

消費(fèi)電子對(duì)小功率節(jié)電的需求，推動(dòng)電源管理芯片行業(yè)的成長(zhǎng)。隨著消費(fèi)電子新增功能，音頻、攝像等，消費(fèi)電子不斷復(fù)雜化，不僅電子產(chǎn)品的耗電量與日俱增，同時(shí)需要支持的電壓數(shù)量也變多，客觀(guān)需要電源管理芯片能在增加能源轉(zhuǎn)換效率、增加待機(jī)時(shí)間的同時(shí)，提高集成度以支持多個(gè)電壓。另外，由于鋰電池的功率密度發(fā)展減緩，因此只能從電源管理芯片上尋求突破。所以，消費(fèi)電子的發(fā)展，不斷驅(qū)使著模擬芯片廠(chǎng)商推出功能更復(fù)雜、更高效率、更低體積的電源管理芯片，促進(jìn)了電源管理芯片整個(gè)行業(yè)的成長(zhǎng)。

工業(yè)領(lǐng)域大功耗器件節(jié)電的需求，同樣推動(dòng)了電源管理芯片行業(yè)的成長(zhǎng)。工業(yè)領(lǐng)域的能耗主要來(lái)自于電機(jī)和照明，電機(jī)主要是泵、風(fēng)機(jī)、壓縮機(jī)、傳輸機(jī)等，電機(jī)消耗的能量幾乎占工業(yè)電力消耗的80%。

因此，工業(yè)領(lǐng)域?qū)?jié)能的要求，促使電源管理芯片不斷提高轉(zhuǎn)換效率。比如，使用變速電機(jī)能節(jié)省40%的能耗，使用高效的開(kāi)關(guān)電源可以節(jié)省35%的能耗，這背后均是由更先進(jìn)的電源管理芯片支撐。

未來(lái)，新需求將會(huì)繼續(xù)推動(dòng)電源管理發(fā)展。LED照明從最初的簡(jiǎn)單邏輯控制到如今調(diào)光、變色等更個(gè)性化的要求，對(duì)電源芯片提出更復(fù)雜的智能化控制需求。

另外，一些設(shè)備為適應(yīng)便攜性趨勢(shì)，設(shè)備供電方式從適配器供電轉(zhuǎn)變?yōu)殡姵毓╇?，帶?lái)很多電池供電系統(tǒng)的芯片需求。