大有可為的信號鏈芯片

在數(shù)字化時(shí)代，信息的傳遞與處理至關(guān)重要。而在這其中，信號鏈芯片扮演著舉足輕重的角色。信號鏈芯片和電源管理芯片是模擬芯片的兩大類產(chǎn)品。信號鏈芯片是指擁有對模擬信號、數(shù)字信號進(jìn)行收發(fā)、轉(zhuǎn)換、放大、過濾等處理能力的集成電路。作為連接物理世界和數(shù)字世界的橋梁，信號鏈芯片不僅負(fù)責(zé)對模擬信號進(jìn)行收發(fā)、轉(zhuǎn)換、放大、過濾等操作，還廣泛應(yīng)用于各種電子系統(tǒng)中，成為現(xiàn)代電子技術(shù)的核心之一。

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信號鏈芯片，顧名思義，是指一系列用于處理模擬信號的芯片產(chǎn)品。在電子系統(tǒng)中，模擬信號是連續(xù)變化的物理量，如溫度、壓力、聲音等。而數(shù)字信號則是離散的、量化的物理量，由二進(jìn)制代碼表示。信號鏈芯片的主要功能就是將模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，或?qū)?shù)字信號轉(zhuǎn)換為模擬信號，以便于數(shù)字系統(tǒng)的處理與存儲(chǔ)。

信號鏈芯片主要包括線性產(chǎn)品、轉(zhuǎn)換器產(chǎn)品、接口產(chǎn)品三大類，以及RF與微波、時(shí)鐘與計(jì)時(shí)等細(xì)分領(lǐng)域。這些產(chǎn)品和技術(shù)共同構(gòu)成了信號鏈的完整體系，為電子系統(tǒng)的運(yùn)行提供了強(qiáng)有力的支持。

信號鏈芯片家族介紹

線性產(chǎn)品

線性產(chǎn)品主要完成模擬信號在傳輸過程中的放大、濾波、選擇、比較等功能。其中，放大器是線性產(chǎn)品中的典型代表，包括運(yùn)算放大器、差分放大器、比較器等。運(yùn)算放大器具有高增益的特點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于功率放大、音視頻放大等領(lǐng)域。差分放大器則能為高精度系統(tǒng)提供低增益，保證信號的準(zhǔn)確傳輸。比較器則用于比較兩個(gè)電壓值或電流值的大小，常用于過壓保護(hù)電路或電池欠壓檢測。

濾波器則是用來濾除電路中特定頻率或該頻率意外的波。電源濾波器和數(shù)字濾波器是濾波器的兩種常見類型，它們分別用于濾除電路轉(zhuǎn)換過程中的噪音和數(shù)字信號中的高頻噪聲。

模擬開關(guān)則用于完成信號鏈路中的信號切換功能，具有功耗低、速度快、無機(jī)械觸點(diǎn)、體積小和使用壽命長等特點(diǎn)。

轉(zhuǎn)換器產(chǎn)品

轉(zhuǎn)換器產(chǎn)品主要完成模擬信號和數(shù)字信號的相互轉(zhuǎn)換，包括ADC（模數(shù)轉(zhuǎn)換器）和DAC（數(shù)模轉(zhuǎn)換器）兩種。ADC將模擬信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，使得模擬信號能夠被數(shù)字系統(tǒng)處理與存儲(chǔ)。隨著技術(shù)的發(fā)展，ADC正朝著高精度、高轉(zhuǎn)換速率、低功耗、單電源、低電壓等方向發(fā)展。DAC則將數(shù)字信號轉(zhuǎn)換成模擬信號，使得數(shù)字信號能夠驅(qū)動(dòng)模擬設(shè)備工作。DAC的發(fā)展也呈現(xiàn)出高精度、低功耗、多信道、多功能集成的趨勢。

ADC的模數(shù)轉(zhuǎn)換過程包括采樣、保持、量化、編碼四個(gè)步驟。采樣是將模擬信號轉(zhuǎn)化為時(shí)間上離散的采樣信號；保持是將采樣輸出所得的瞬時(shí)模擬信號保持一段時(shí)間；量化是對經(jīng)過采樣后在時(shí)間上離散的信號進(jìn)行處理，使其在幅值上離散；編碼則是將量化后的信號以特定的數(shù)字碼型輸出。轉(zhuǎn)換速率、分辨率、精度是ADC產(chǎn)品的核心性能參數(shù)。

DAC轉(zhuǎn)換器的基本原理可分為電流求和型和分壓器型兩大類。電流求和型DAC通過產(chǎn)生一組支路電流，使其數(shù)量之間的比例與二進(jìn)制數(shù)中每一位的權(quán)重成正比，從而得到與輸入數(shù)字量成正比的輸出電流信號。分壓器型DAC則是用輸入數(shù)字量每一位去控制分壓器中的一個(gè)或一組開關(guān)，使接至輸出端的電壓與輸入的數(shù)字量成正比。

RF與微波

射頻芯片是處理射頻頻段的信號鏈芯片，能夠?qū)⑸漕l信號和數(shù)字信號進(jìn)行轉(zhuǎn)化，負(fù)責(zé)射頻收發(fā)、頻率合成、功率放大，適合信號收發(fā)類電路，被稱為模擬芯片皇冠上的明珠。為了方便區(qū)分， 有時(shí)也將信號鏈芯片和射頻芯片單列開來。因此有些地方我們也可以看到根據(jù)功能將模擬芯片分為電源管理芯片、信號鏈芯片、射頻芯片的分法。

射頻芯片與基帶芯片（BP）一起構(gòu)成了通信系統(tǒng)架構(gòu)，實(shí)際上在早期的通信系統(tǒng)架構(gòu)中還包括第三種芯片即中頻芯片。射頻芯片包括RF收發(fā)機(jī)、功率放大器（PA）、低噪聲放大器（LNA）、濾波器、射頻開關(guān)（Switch）、天線調(diào)諧開關(guān)（Tuner）等，其中PA、LNA、濾波器、射頻開關(guān)又統(tǒng)稱為射頻前端芯片，濾波器又可分為中低頻段的表面聲波濾波器（SAW，Surface Acoustic Wave)和中高頻段的體聲波濾波器(BAW，Bulk Acoustic Wave)。

若以技術(shù)難度論，射頻前端技術(shù)難度從低到高依次為：開關(guān)、LNA、PA、濾波器。濾波器中的BAW主要用于5G通信場景，也屬于射頻前端最難的一點(diǎn)。

信號鏈國內(nèi)外現(xiàn)狀

2022年，全球模擬芯片市場展現(xiàn)強(qiáng)勁增長，規(guī)模攀升至890億美元，年度增長率高達(dá)20.1%，預(yù)示著行業(yè)的蓬勃活力，數(shù)據(jù)機(jī)構(gòu)預(yù)測該市場預(yù)計(jì)將進(jìn)一步擴(kuò)張。與此同時(shí)，作為模擬芯片的重要組成部分，全球信號鏈芯片市場亦步入快速發(fā)展軌道，市場規(guī)模預(yù)計(jì)將從88.02億美元躍升至113.75億美元，年均復(fù)合增長率約為5.3%。尤為值得關(guān)注的是，信號轉(zhuǎn)換器作為信號鏈芯片中的明星品類，其增長尤為迅猛，預(yù)計(jì)2020至2025年間，市場規(guī)模將從33.88億美元大幅增長至47.89億美元，復(fù)合年增長率高達(dá)7.2%，成為引領(lǐng)行業(yè)增長的關(guān)鍵力量。  

與此同時(shí)，結(jié)合各廠商最新財(cái)報(bào)披露信息看，由于設(shè)計(jì)難題和技術(shù)短板制約，中國大陸企業(yè)整體技術(shù)實(shí)力仍然比較薄弱，產(chǎn)品數(shù)量及覆蓋面遠(yuǎn)低于TI、ADI及ST等頭部原廠。以全球模擬龍頭TI為例，模擬產(chǎn)品覆蓋信號鏈和電源鏈各個(gè)環(huán)節(jié)，數(shù)量超過12萬個(gè)，其中工業(yè)領(lǐng)域核心產(chǎn)品就高達(dá)4萬個(gè)以上。國內(nèi)領(lǐng)先廠商圣邦股份最新財(cái)報(bào)信息顯示，公司包含信號鏈和電源鏈產(chǎn)品型號數(shù)量超5200個(gè)，主要以工業(yè)、消費(fèi)類為主，近兩年汽車品類增長較快，信號鏈產(chǎn)品型號數(shù)量超100個(gè)，與國際領(lǐng)先廠商相比差距相對明顯。

國內(nèi)外模擬廠商型號數(shù)量對比

資料來源：各公司最新財(cái)報(bào)信息、芯八哥整理

信號鏈芯片市場與整體模擬芯片市場相似，呈現(xiàn)出海外大廠主導(dǎo)、但國產(chǎn)替代趨勢日益顯著的競爭格局。據(jù)2021年數(shù)據(jù)顯示，全球模擬芯片市場份額前十均為海外企業(yè)所占據(jù)，累計(jì)份額達(dá)到68%，彰顯了海外企業(yè)的深厚底蘊(yùn)和市場影響力。然而，在這一背景下，國內(nèi)企業(yè)正加速崛起，特別是在信號鏈芯片細(xì)分領(lǐng)域，盡管目前占比較低，但增長潛力巨大。

具體到細(xì)分領(lǐng)域，全球線性產(chǎn)品市場和信號轉(zhuǎn)換器市場仍由亞德諾與德州儀器等歐美巨頭主導(dǎo)，而國內(nèi)企業(yè)在這些領(lǐng)域雖起步較晚，但已有如思瑞浦等企業(yè)在積極布局并嶄露頭角。特別是在數(shù)字隔離類芯片領(lǐng)域，國內(nèi)廠商納芯微憑借5.12%的全球市場占有率，成為該領(lǐng)域的佼佼者。

面對海外模擬芯片巨頭的強(qiáng)大競爭，國內(nèi)企業(yè)在信號鏈領(lǐng)域面臨諸多挑戰(zhàn)，包括技術(shù)積累不足、資金短缺、人才匱乏等。然而，隨著近年來技術(shù)、資金、客戶自研能力的不斷提升以及國家政策的鼎力支持，國內(nèi)模擬芯片設(shè)計(jì)領(lǐng)域已取得顯著突破，為信號鏈?zhǔn)袌龅膰a(chǎn)替代奠定了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

在全球市場總量持續(xù)增長的背景下，以及國內(nèi)“安全、自主、可控”理念的深入人心，國內(nèi)模擬芯片企業(yè)在信號鏈領(lǐng)域迎來了前所未有的發(fā)展機(jī)遇。鑒于信號鏈芯片下游應(yīng)用廣泛，國內(nèi)企業(yè)可充分利用自身優(yōu)勢，在多個(gè)細(xì)分領(lǐng)域?qū)で笸黄?，逐步縮小與國際巨頭的差距，推動(dòng)國內(nèi)模擬芯片產(chǎn)業(yè)的整體進(jìn)步與發(fā)展。

信號鏈芯片的未來

隨著物聯(lián)網(wǎng)、人工智能、5G通信等前沿技術(shù)的飛速革新，信號鏈芯片技術(shù)正迎來前所未有的發(fā)展機(jī)遇，并展現(xiàn)出顯著的發(fā)展趨勢。高精度與高性能并駕齊驅(qū)，隨著應(yīng)用領(lǐng)域的持續(xù)拓展，特別是在高精度測量、高速數(shù)據(jù)傳輸?shù)阮I(lǐng)域，對信號鏈芯片的性能要求日益嚴(yán)苛。

高精度、高性能的信號鏈芯片憑借其卓越的運(yùn)算能力和穩(wěn)定性，能夠輕松應(yīng)對各種復(fù)雜應(yīng)用場景，為用戶提供更為精準(zhǔn)、高效的數(shù)據(jù)處理服務(wù)。低功耗與小型化引領(lǐng)潮流，隨著可穿戴設(shè)備、便攜式電子產(chǎn)品的普及，低功耗、小型化的信號鏈芯片逐漸成為市場的主流選擇。這類芯片不僅能夠有效延長設(shè)備的續(xù)航時(shí)間，還能實(shí)現(xiàn)設(shè)備的輕量化、微型化，為用戶帶來更為便捷的使用體驗(yàn)。

同時(shí)，為了滿足不同應(yīng)用領(lǐng)域的多樣化需求，信號鏈芯片正朝著多功能集成的方向發(fā)展，通過集成信號處理、模數(shù)轉(zhuǎn)換、數(shù)字信號處理等多種功能于一個(gè)芯片上，不僅能夠降低系統(tǒng)的整體成本，還能提高系統(tǒng)的可靠性，為用戶提供一站式解決方案。

此外，隨著人工智能技術(shù)的深入發(fā)展，信號鏈芯片也開始向智能化方向邁進(jìn)，通過集成智能算法和處理器，實(shí)現(xiàn)對模擬信號的智能處理和分析，進(jìn)一步拓展其應(yīng)用范圍。智能化信號鏈芯片還能夠自主學(xué)習(xí)和優(yōu)化，為用戶提供更為智能、高效的數(shù)據(jù)處理服務(wù)。