電子模擬產(chǎn)業(yè)國(guó)產(chǎn)替代 細(xì)分賽道帶來黃金發(fā)展期（2）
[導(dǎo)讀]上文見《電子模擬產(chǎn)業(yè)國(guó)產(chǎn)替代細(xì)分賽道帶來黃金發(fā)展期（1）》?3、信號(hào)鏈：各類信號(hào)的采集、傳輸與轉(zhuǎn)換3.1、信號(hào)鏈：系統(tǒng)中信號(hào)從輸入到輸出的路徑廣義定義上，一條完整的信號(hào)鏈（SignalChain），指的是信號(hào)從輸入到輸出的路徑。在輸入端，自然界中存在的聲、光、電磁波等連續(xù)的模擬信...
上文見《電子模擬產(chǎn)業(yè)國(guó)產(chǎn)替代 細(xì)分賽道帶來黃金發(fā)展期（1）》?
3、 信號(hào)鏈：各類信號(hào)的采集、傳輸與轉(zhuǎn)換
3.1、 信號(hào)鏈：系統(tǒng)中信號(hào)從輸入到輸出的路徑
廣義定義上，一條完整的信號(hào)鏈（Signal Chain），指的是信號(hào)從輸入到輸 出的路徑。在輸入端，自然界中存在的聲、光、電磁波等連續(xù)的模擬信號(hào)，經(jīng)過 傳感器的采集和前端器件的轉(zhuǎn)換形成連續(xù)電信號(hào)進(jìn)入電子系統(tǒng)，再通過各類模擬 芯片的處理轉(zhuǎn)換為以 0 和 1 表示的數(shù)字信號(hào)，進(jìn)入邏輯和存儲(chǔ) IC 中，通過應(yīng)用 軟件進(jìn)行各種運(yùn)算處理；在輸出端，數(shù)字處理結(jié)果經(jīng)由模擬芯片進(jìn)行放大，轉(zhuǎn)換 為模擬信號(hào)在自然界中傳輸，或者經(jīng)由驅(qū)動(dòng)電路和電源器件對(duì)外做功。
在模擬芯片領(lǐng)域，我們往往將討論范圍縮小至電子系統(tǒng)，信號(hào)鏈模擬芯片不 包括聲光電傳感器（分立器件范疇）和對(duì)外輸出的驅(qū)動(dòng)電路（電源 IC 范疇），一 般是指擁有對(duì)模擬信號(hào)進(jìn)行收發(fā)、轉(zhuǎn)換、放大、過濾等處理能力的集成電路。在 信號(hào)的測(cè)量及保護(hù)電路部分，常見的模擬 IC 包括線性放大器 Amp 和多路復(fù)用器 Mux（也可以叫開關(guān)）；在信號(hào)采集和處理部分，連續(xù)信號(hào)經(jīng)過轉(zhuǎn)換器 ADC 成為 數(shù)字信號(hào)，進(jìn)入微處理器 DSP 進(jìn)行處理；輸出的數(shù)字信號(hào)通過合成、DAC 轉(zhuǎn)換， 進(jìn)入到驅(qū)動(dòng)電路中對(duì)外做功或傳輸。
模擬 IC 根據(jù)其功能可以分為信號(hào)鏈產(chǎn)品和電源鏈產(chǎn)品，根據(jù) IC Insight 的數(shù) 據(jù)，2019 年信號(hào)鏈產(chǎn)品在整個(gè)模擬 IC 行業(yè)中占比為 47%，主要包括線性產(chǎn)品、 信號(hào)轉(zhuǎn)換器、接口芯片等產(chǎn)品。
根據(jù) IC Insight 的預(yù)測(cè)，全球信號(hào)鏈?zhǔn)袌?chǎng)規(guī)模從 2020 年開始復(fù)蘇，2020-2023 年的年均復(fù)合增長(zhǎng)率約為 6%，低于整個(gè)模擬行業(yè) 8%的復(fù)合增速。但是由于信號(hào) 鏈產(chǎn)品在模擬 IC 中不可替代的作用，下游應(yīng)用工業(yè)、汽車、通信等行業(yè)的需求將繼續(xù)上升，ADI 和 TI 等頭部廠商繼續(xù)加碼研發(fā)，該領(lǐng)域在未來依舊是各大廠商重 要發(fā)展基點(diǎn)。
兩極格局，ADI 和 TI 領(lǐng)跑信號(hào)鏈產(chǎn)品，二者在各細(xì)分領(lǐng)域市場(chǎng)份額之和超 50%。自 2000 年后，ADI 通過一系列并購(gòu)不斷提高其在信號(hào)鏈產(chǎn)品的資源整合能 力，目前 ADI 在線性產(chǎn)品和數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換芯片已位于行業(yè)第一。近年來 TI 在電源管理 芯片領(lǐng)域不斷加碼，信號(hào)鏈產(chǎn)品在總營(yíng)收中占比逐漸下降，目前 TI 在接口芯片占 據(jù)半壁江山。因此，信號(hào)鏈產(chǎn)品將在相當(dāng)長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)呈現(xiàn)兩極競(jìng)爭(zhēng)格局。
3.2、 線性產(chǎn)品 Linear Products：信號(hào)鏈傳輸?shù)幕A(chǔ)
線性產(chǎn)品基于運(yùn)算放大器 OPA 開發(fā)，是整個(gè)模擬電路的基礎(chǔ)，由于運(yùn)算 放大器的輸入輸出信號(hào)一般呈現(xiàn)線性關(guān)系，故采用“線性”一詞命名。線性 的應(yīng)用非常廣泛，可用于信號(hào)的放大、比較、差分等運(yùn)算關(guān)系，構(gòu)成了模擬 電路的基礎(chǔ)。常見的線性產(chǎn)品包括信號(hào)放大器、比較器、差分放大器、運(yùn)算 放大器及各類音、視頻放大器、有源濾波器等等。
運(yùn)算放大器 Operation Amplifier：一種可以進(jìn)行數(shù)學(xué)運(yùn)算的放大 電路，由三極管構(gòu)成，不僅可以放大信號(hào)，同時(shí)也可以進(jìn)行加減乘 除以及微積分等數(shù)學(xué)運(yùn)算，是典型的信號(hào)鏈通用標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)品，應(yīng)用領(lǐng) 域廣泛，便于集成使用。
差分放大器 Differencial Amplifier：差分放大器將兩個(gè)輸入端電壓 信號(hào)以固定增益放大，一般具有共模抑制作用，具有出色的輸出增 益和相位匹配功能，一般用于信號(hào)傳輸或者 ADC 驅(qū)動(dòng)等場(chǎng)景。
比較器 Comparator：對(duì)兩個(gè)或多個(gè)信號(hào)進(jìn)行比較，確定大小關(guān)系 并排列順序的電路叫比較器。比較器比較輸入信號(hào)的電壓高低，輸 出 0/1 的數(shù)字信號(hào)，一般應(yīng)用于特定的通信或消費(fèi)類便攜終端中。
視頻、音頻放大器：適用于各類電子設(shè)備中對(duì)處理視頻、音頻信號(hào) 有較高要求的應(yīng)用場(chǎng)景。一般為運(yùn)算放大器和各類無源器件的組合， 是復(fù)雜的專用產(chǎn)品，具有濾波、抗干擾的功能，能夠快速清晰的提 升信號(hào)強(qiáng)度，去除噪聲。
有源濾波器：與無源型不同，有源濾波器利用三極管的截止功能進(jìn) 行設(shè)計(jì)，根據(jù)響應(yīng)頻段的不同可以分類低通、高通及帶通等等，一 般應(yīng)用于各類通信場(chǎng)景的射頻電路中。
線性產(chǎn)品是信號(hào)鏈模擬集成電路產(chǎn)品的代表性器件，其重要產(chǎn)品放 大器和比較器則是 2019 年信號(hào)鏈芯片中市場(chǎng)規(guī)模占比最高的品類， 2020 年銷售額在 30.96 億美元，占信號(hào)鏈模擬芯片市場(chǎng)規(guī)模的 39%。放大器及比較器屬于通用產(chǎn)品，行業(yè)空間穩(wěn)定，根據(jù) Statista 預(yù)測(cè)，2027 年市場(chǎng)規(guī)模有望達(dá)到 43 億美元，2020-2027 年復(fù)合增速為 4.8%。
線性產(chǎn)品市場(chǎng)由亞德諾和德州儀器二分天下。以在信號(hào)鏈模擬芯片 市場(chǎng)規(guī)模中占比最高的放大器和比較器為例，根據(jù) Databeans 的最新報(bào) 告，2019 年亞德諾和德州儀器在放大器和比較器領(lǐng)域的全球銷售收入分 別為 10.94 億美元、9.08 億美元，營(yíng)收超過其他所有廠商之和。由于信 號(hào)鏈技術(shù)壁壘相對(duì)較高，目前全球市場(chǎng)份額排名前十的廠商均來自歐日 美，中國(guó)企業(yè)布局相對(duì)較少，僅有思瑞浦表現(xiàn)較突出，位居全球銷售第 12 名和亞洲區(qū)銷售第 9 名。
3.3、 信號(hào)轉(zhuǎn)換器 Converter：模擬與數(shù)字信號(hào)的橋梁
信號(hào)轉(zhuǎn)換器是連接模擬與數(shù)字信號(hào)的橋梁。轉(zhuǎn)換器芯片以模數(shù)轉(zhuǎn)換器 ADC 及數(shù)模轉(zhuǎn)換器 DAC 為基礎(chǔ)，在之上延伸出各類場(chǎng)景的專用標(biāo)準(zhǔn)芯片，例 如電壓頻率變換器、音頻轉(zhuǎn)換器和觸摸屏控制器等等。信號(hào)轉(zhuǎn)換器是將模擬 （連續(xù)）信號(hào)與數(shù)字（離散）信號(hào)進(jìn)行轉(zhuǎn)換的關(guān)鍵，是混合信號(hào)系統(tǒng)中必備 的器件，廣泛使用在工業(yè)、通信（射頻）、汽車、醫(yī)療等領(lǐng)域。在使用中，一般行業(yè)內(nèi)也會(huì)根據(jù)其數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換精度和采樣速率分類，稱之為高/低精度、高 /低速轉(zhuǎn)換器。
模數(shù)轉(zhuǎn)換器 ADC：負(fù)責(zé)以連續(xù)的時(shí)間間隔測(cè)量信號(hào)電壓以獲取連續(xù) 的模擬信號(hào)并將其轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)的器件。通過 ADC 將多數(shù)無法被 數(shù)字系統(tǒng)識(shí)別與處理的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，可以提高信號(hào)分 析能力，實(shí)現(xiàn)更優(yōu)質(zhì)的存儲(chǔ)方式和更精確的傳輸。一般適用于數(shù)字 傳感器芯片、傳統(tǒng)封裝片、集成電路、SOC 芯片等各類涉及數(shù)字處 理的應(yīng)用場(chǎng)景。
數(shù)模轉(zhuǎn)換器 DAC：負(fù)責(zé)將數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換成模擬信號(hào)的器件，主要特 性指標(biāo)包括分辨率、轉(zhuǎn)換速度、轉(zhuǎn)換誤差等，模數(shù)轉(zhuǎn)換器中一般都 要用到數(shù)模轉(zhuǎn)換器，廣泛應(yīng)用于各種數(shù)字系統(tǒng)中。
電壓頻率變換器：是將頻率輸入信號(hào)轉(zhuǎn)換為與其對(duì)應(yīng)的模擬電壓幅 值輸出信號(hào)的器件，適合模數(shù)轉(zhuǎn)換、長(zhǎng)期積分、線性頻率調(diào)制和解 調(diào)以及頻率電壓轉(zhuǎn)換應(yīng)用，一般適用于儀器儀表、工業(yè)和自動(dòng)化等 領(lǐng)域。
音頻轉(zhuǎn)換器：包括將數(shù)字音頻編碼轉(zhuǎn)換為模擬音頻聲音的音頻數(shù)模 轉(zhuǎn)換器和與之相反的音頻模數(shù)轉(zhuǎn)換器，一般應(yīng)用于汽車音響、家庭 影院、消費(fèi)類音頻設(shè)備和個(gè)人計(jì)算機(jī)(PC)等領(lǐng)域。
觸摸屏控制器：指可觸控式的屏幕器件，由觸摸時(shí)的檢測(cè)部件和觸 摸屏里的控制部件組成，分為采用電阻技術(shù)、表面聲波技術(shù)和電容 技術(shù)三類觸摸屏，廣泛應(yīng)用于消費(fèi)電子產(chǎn)品、汽車、其他產(chǎn)品的人 機(jī)接口應(yīng)用等領(lǐng)域。
根據(jù) Statista 統(tǒng)計(jì)，2020 年 ADC/DAC 市場(chǎng)規(guī)模約為 36.72 億美元，預(yù) 計(jì)到 2021 年，全球數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器市場(chǎng)規(guī)?？蛇_(dá) 38.49 億美元。未來在 5G、人 工智能、物聯(lián)網(wǎng)、汽車電子等新興應(yīng)用的驅(qū)動(dòng)下，相關(guān)產(chǎn)品或技術(shù)對(duì) ADC/DAC 芯片的需求得到強(qiáng)有力支撐，OPCO 預(yù)測(cè)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器市場(chǎng)未來將保持約 3% 的年復(fù)合增長(zhǎng)率，市場(chǎng)前景比較樂觀。
全球數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器市場(chǎng)被美企巨頭壟斷，國(guó)產(chǎn)芯片企業(yè)市場(chǎng)份額少。全球 ADC /DAC 市場(chǎng)主要被以美國(guó)公司 TI、ADI 為首的幾家跨國(guó)大企業(yè)所壟斷， 價(jià)格高，供貨周期長(zhǎng)。其中，ADI 是數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器龍頭，2018 年市占率約為 38%， 長(zhǎng)期領(lǐng)先于競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手，同年 TI 占比約為 21%，CIRRUS 占 16%，QUALCOMM 占 6%， MAXIM 占 8%，MICROCHIP 占 2%，國(guó)內(nèi)廠商份額占比較低。
國(guó)產(chǎn) ADC/DAC 芯片發(fā)展仍面臨多重困境。目前國(guó)內(nèi)做 ADC/DAC 的主要 力量有國(guó)家骨干研究所、高校科研團(tuán)隊(duì)、海歸創(chuàng)業(yè)團(tuán)隊(duì)等，應(yīng)用主要面向軍 工、航空航天、相陣控雷達(dá)設(shè)備等領(lǐng)域，雖然在高精度 ADC 自研芯片等領(lǐng)域取得了一定的成就，但國(guó)產(chǎn) ADC/DAC 芯片仍然面臨研發(fā)周期長(zhǎng)、試錯(cuò)成本高、 資金需求大、國(guó)內(nèi)模擬集成電路教育水平較低的重重困境。
國(guó)產(chǎn)替代浪潮漸起，本土數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器企業(yè)迎來良好歷史機(jī)遇。早期國(guó)內(nèi) 的設(shè)備廠家出于性能、質(zhì)量等多方面的考慮，只選用以 TI 和 ADI 為主的國(guó) 外知名廠家的 ADC/DAC 產(chǎn)品。自華為事件及中美貿(mào)易摩擦以后，國(guó)內(nèi)的設(shè) 備廠家逐漸開始采購(gòu)國(guó)產(chǎn)芯片，以思瑞浦、矽力杰為首的本土企業(yè)在 ADC/DAC 國(guó)產(chǎn)替代方面潛力巨大。
3.4、 接口芯片 Interface：不同電路間的溝通橋梁
接口芯片是接口電路中的重要組成部分，在信號(hào)鏈中充當(dāng)“信使”的功 能。接口電路是連接兩個(gè)硬件設(shè)備的電路，是信號(hào)鏈中連接不同電路設(shè)備的 重要橋梁，在模擬 IC 中應(yīng)用比較廣泛，因而接口芯片也被大量應(yīng)用在模擬電 路中。根據(jù)應(yīng)用場(chǎng)景的延伸，我們按功能可把接口芯片分為電路保護(hù)、隔離、 電平轉(zhuǎn)換器、多路復(fù)用器等等。
電路保護(hù)：在功率密度增大、器件小型化、保護(hù)要求及時(shí)準(zhǔn)確精細(xì)、 防范等級(jí)提高等一系列綜合要求下，此類產(chǎn)品被廣泛應(yīng)用于集成電 路中，充當(dāng)電路中電壓、電流等指標(biāo)的“安全閥“，是針對(duì) ESD、 浪涌、過壓、過流和 EMI 的電路保護(hù)。
隔離器 ISO：電路中的隔離器是利用電隔離將低壓域系統(tǒng)和高壓域 系統(tǒng)兩端在物理層隔開，雖然電流無法直接通過，但信號(hào)和能量仍 可由其它方式傳遞，目前比較常用的隔離技術(shù)為數(shù)字隔離。根據(jù)目 的，我們可以把隔離分為安全隔離（保障人員及設(shè)備安全）和功能 隔離（提高電路的抗干擾能力）。
電平轉(zhuǎn)換器：是一個(gè)電壓轉(zhuǎn)換裝置，主要作用是將輸入信號(hào)從一個(gè) 電壓域切換到另一個(gè)電壓域，用于解決不同電源域提供的不同器件 之間的不兼容問題，產(chǎn)品類型包括通用、自動(dòng)雙向和單向電平轉(zhuǎn)換 器。
多路復(fù)用器 MUX：是一種能接收多個(gè)輸入信號(hào)，并按每個(gè)輸入信號(hào) 可恢復(fù)方式合成單個(gè)輸出信號(hào)的信號(hào)鏈產(chǎn)品，它能以各種方式顯著 影響信號(hào)鏈的性能。例如，導(dǎo)通電容可能導(dǎo)致通道之間的串?dāng)_、導(dǎo) 通電阻的信號(hào)和溫度的相關(guān)變化可能導(dǎo)致信號(hào)失真、多路復(fù)用器的 電容和電阻一起可限制信號(hào)帶寬。因此，多路復(fù)用器在信號(hào)鏈整體 性能的改善上有著重要作用。
接口芯片是連接集成電路中不同器件的關(guān)鍵設(shè)備，是模擬芯片市場(chǎng) 中份額占比較小的產(chǎn)品，通用類接口芯片市場(chǎng)份額占比約為 3.8%。根據(jù) IC Insights 的預(yù)測(cè)，預(yù)計(jì) 2020 年其市場(chǎng)規(guī)模為 23.82 億美元。隨著未 來電子元器件模組化能力的提高，接口芯片的使用率將進(jìn)一步下降。接 口芯片的市場(chǎng)規(guī)模增速相比其它模擬產(chǎn)品更為緩慢，在未來的市場(chǎng)占比 將繼續(xù)下降。
TI 領(lǐng)跑混合信號(hào)賽道，接口芯片優(yōu)勢(shì)強(qiáng)大。TI 是老牌模擬巨頭，常 年在該行業(yè)處于領(lǐng)先位置，產(chǎn)品豐富度和研發(fā)能力均為行業(yè)第一，根據(jù) Gartner 的數(shù)據(jù)，2018 年德州儀器占有約 46%的市場(chǎng)份額。ADI 近年來 通過并購(gòu) Maxim 和凌特使得其在接口芯片領(lǐng)域的實(shí)力躍居第二，產(chǎn)品種 類豐富度不斷提高。除了 TI 和 ADI，安美森、恩智浦等半導(dǎo)體廠商也在 該領(lǐng)域有產(chǎn)品布局。
4、 電源鏈：效率需求催生的龐大產(chǎn)業(yè)鏈
4.1、 電源鏈：能量分配與控制中樞，模擬芯片兵家必爭(zhēng)之地
隨著集成電路工藝的發(fā)展，摩爾定律下晶體管尺寸逐漸縮減，同樣面積的芯 片上承載的晶體管數(shù)量快速增長(zhǎng)，這在使得芯片性能增加的同時(shí)，所需的巨大功 耗也逐漸成為了電子設(shè)備所不得不考慮的問題。由于電池能量密度的提升需要材 料學(xué)與化學(xué)的重大突破，而芯片低功耗的研究也逐漸趨于飽和，能耗比發(fā)展接近 瓶頸?？v觀整個(gè)電子系統(tǒng)，當(dāng)電池和負(fù)載都很難再有突破時(shí)，電源鏈芯片的重要 性日益凸顯。
電源鏈芯片是管理電子設(shè)備能量供應(yīng)的心臟，功能電子設(shè)備電源的管理、監(jiān) 控以及分配使用等。只要涉及到電子設(shè)備能量使用場(chǎng)景，就存在電源鏈芯片的應(yīng) 用空間。不同于信號(hào)鏈產(chǎn)品是信息進(jìn)行傳遞的途徑，電源鏈產(chǎn)品應(yīng)用在電壓、電 流較高的高功率電路中，用來進(jìn)行能量的傳遞和對(duì)外做功，其性能優(yōu)劣和可靠性 對(duì)電子設(shè)備的性能和可靠性有著直接影響，一旦失效將直接導(dǎo)致電子設(shè)備停止工 作甚至損毀，是電子設(shè)備中的關(guān)鍵器件。電源鏈產(chǎn)品需要滿足高穩(wěn)定性、低功耗 的要求，同時(shí)依據(jù)下游場(chǎng)景需求定制化開發(fā)，產(chǎn)品種類繁多。
所有電子設(shè)備都有電源，但是對(duì)電源的要求往往各異，為了發(fā)揮電子系統(tǒng)的 性能，匹配的電源管理方案就變得愈發(fā)重要。按照產(chǎn)品功能進(jìn)行分類，我們可以 將電源鏈產(chǎn)品分為電源管理芯片 PMIC 以及驅(qū)動(dòng)芯片 Driver 兩大類；其中電源管 理芯片包括穩(wěn)壓器（低壓非隔離）Regulator、控制器
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