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长江证券《 “国产化先锋”—模拟芯片行业深度分析》
以及相关网络素材整理
自然界的信号绝大多数以模拟信号的形式存在，而计算机系统所能处理识别的信号则是二进制的数字信号。信息的处理需要完整的信号链来完成，完整信号链的工作原理为：从传感器探测到真实世界实际模拟信号，如电磁波、声音、图像、温度、光信号等并将这些自然信号转化成模拟的电信号，通过放大器进行放大，然后通过 ADC 把模拟信号转化为数字信号，经过 MCU 或 CPU 或 DSP 等处理后，再经由 DAC 还原为模拟信号。
模拟电路是指由电容、电阻、晶体管等集成在一起形成的电源、放大、振荡、调制等电路，用于加工处理连续变化的模拟信号；与数字电路利用晶体管的开关功能不同，模拟电路主要利用晶体管的放大功能。模拟芯片通过对模数信号的处理实现对现实与数字世界的连接，故模拟芯片是现实与数字世界的“桥梁”
模拟芯片产品种类繁多；
从产品专用性与否的角度出发，可以将模拟芯片分为通用模
拟芯片和专用模拟芯片。
其中，通用模拟芯片广泛应用于各个下游领域，主要产品类
型包括放大器、比较器、电源管理、数据转化以及接口芯片等，而专用模拟芯片主要
针对特定的应用下游如通信、汽车、消费电子和工业等领域进行生产销售。
从产品功能的角度出发，可以将模拟芯片分为用于对电能进行转换的电源管理芯片和用于模数信号处理的信号链芯片。
➢ 电源管理芯片
电源管理芯片（PMIC）是电子设备的电能供应心脏和关键器件，负责对电子设备所需的电能进行变换、分配、检测等管控，电源管理芯片是半导体芯片中应用范围最为广泛的门类；电源管理芯片细分品类很多， 根据其具体用途，将电源管理芯片分为电源管理、AD-DC、DC-DC、栅驱动芯片、功率控制芯片、开关稳压器、LDO 芯片、接口热插拔芯片和 LED 驱动器。
近年来，随着物联网、智能设备的应用和普及，电子整机产品性能大幅提升和不断创新，对电源的效率、能耗和体积，以及电能管理的智能化水平提出了更高的要求；整个电源市场呈现出需求多样化、应用细分化的特点，高效低耗化、集成化、内核数字化和智能化成为新一代电源管理芯片技术发展的趋势
➢ 信号链芯片
信号链模拟芯片是指拥有对模拟信号、数字信号进行收发、转换、放大、过滤等处理能力的集成电路。信号链模拟芯片的产品种类众多，从产品大类的角度出发，可以将其分为放大器、比较器、接口芯片、数据转换器（ADC/DAC） 、时钟和技术等。此外，泛信号链模拟芯片还包括射频、微波和传感器等。（信号链芯片产品品类众多，下文仅对放大器、比较器和数据转换器展开描述）
◆ 线性产品—放大器
如眼镜直观改善或恶化视觉效果， 线性产品用于完成模拟信号在传输过程中放大、滤波、选择、比较等功能；在信号链模拟芯片中，放大器和比较器是使用最为广泛的线性产品。放大器是指对信号进行放大的集成电路，放大器产品品类丰富，较为常见的型号有运算放大器、仪表放大器、专用放大器（可变增益、差分驱动、线性隔离、视频、音频放大器）等。其中，运算放大器是最为基础的模拟 IC 器件，运算放大器的输出信号为其输入信号的加、减、微分或积分等运算的结果。运算放大器按照性能的不同，又可以分为通用运算放大器、高速运算放大器、低功耗运算放大器和高精度运算放大器等
专用放大器是针对特定功能和应用提供信号放大的集成电路，专用放大器以运算放大器为核心，集成外围电路，实现特定功能，方便用户使用；专用放大器主要产品品类见下表。专用放大器广泛应用在便携式设备、测试与测量仪器、医疗系统及特殊信号处理等场合，其发展趋势是更高的带宽、更低的失真度和更低的功耗
◆ 比较器
比较器是通过比较两个输入端的电流或电压值的大小，在输出端以数字电平呈现比较结果的电子器件。比较器（1 位的数模转换器）是高位数模转换器的基础部件。比较器的主要性能指标为输出数字电平、响应延迟时间、精度和功耗等；根据速度、功耗和精度的不同，比较器主要可以分为高速比较器、高精度比较器和低功耗比较器等。比较器作为基础模拟 IC 器件，广泛应用于高速模数转换、高速采样保持、过零检测、相位检测、电压监测等应用场合。
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◆ 数据转换器
数据转换器用于实现模拟和数字信号间的相互转换，分为模/数转换器、 数/模转换器等。模/数转换器（ADC）是将模拟信号转换为数字信号的集成电路。ADC 主要性能包括分辨率（bit）、采样速率（SPS）和功耗（Power）。从发展史来看，早期的 ADC 采用 SAR型架构，生产工艺主要为双极工艺和 CMOS 工艺，产品尺寸较大，分辨率一般为 6-12位，采样速率为 kSPS 数量级。ADC 技术在 2012 年之后加快发展，众多以 CMOS 工艺生产的高性能 ADC 产品应用而生，采样速率成倍增长，单位采样功耗倍速下降。数/模转换器（DAC）是将数字信号转换为模拟信号的集成电路。DAC 的性能指标主要有转换速度和转换精度。DAC 的主要产品品类有数字电位器、高速数模转换器（≥30MSPS）、精密 DAC 和集成式/特殊用途数模转换器。
信号链模拟芯片的技术随着下游应用如人工智能、信息通信、汽车电子等新兴领域的发展一同演进。随着新一代智能产品对信号链模拟芯片数量需求的翻倍式增长，叠加后摩尔定律时代、数字芯片面积小型化速度趋缓，越来越多的新技术和芯片封装形式被运用至信号链芯片中（自校准及零漂移技术开始运用在放大器芯片的设计上以确保超高的精度，时间交织技术被运用在 ADC 转换器芯片的设计上以突破速度瓶颈，同时转换器的架构也开始越来越丰富），推动其朝着小型化、低功耗和高性能的方向发展。
模拟芯片产品特点分析
模拟芯片的产品特点如下：高设计门槛，长生命周期，高毛利，下游应有领域广泛。高设计门槛：与数字电路利用晶体管的开关功能进行设计不同，模拟芯片利用晶体管的放大功能，需要经验丰富的工程师根据电子产品物理特性、制造工艺，利用拓扑结构和布图布线的设计经验进行晶体管级的电路设计、版图设计与仿真，在设计过程中实时充分关注功耗、增益及电阻等参数；此外，支持模拟芯片设计的辅助工具较少，且产品开发往往需与晶圆厂联合；因此，模拟芯片的设计门槛较高、行业就有较高的技术壁垒。
长生命周期：
与强调运算速度与成本比提升的数字芯片不同，模拟芯片不追求由晶体管
集成数量的增加和特征尺寸与晶体管尺寸的减少；
模拟芯片的改进更多是电路速度、分
辨率、功耗等参数的提升，其强调的是高信噪比、低失真、低耗电和高稳定性，因而产
品一旦达到设计目标就具备长久的生命力，这一点从龙头公司
ADI
的营收结构也可以得
以验证，
ADI
产品平均寿命大于
10
年，且公司
50%
以上的收入来自十年以上的产品。
高毛利水平：
就模拟芯片两大龙头公司
ADI
和
TI
而言，其产品毛利率均维持在
50%
以
上。
行业毛利高的核心原因在于产品寿命周期长、研发投入摊销少且产品生产不依赖于
先进的工艺制程。
下游应用领域广泛：
由于模拟芯片主要用于实现信号链的传输和对电流、电压进行管理，
因此，在智能化时代的今天，模拟芯片下游应用领域众多，被广泛应用于通讯、工业控
制、汽车、消费、
PC
等领域。
从全球模拟集成电路终端应用领域来看，通信、工业控
制、汽车为是模拟芯片的主要终端应用市场，计算机领域占比逐渐下降；
根据
Statista
报告，
2020
年通信、工业控制、汽车占比达
81.10%
。
不同下游、 不同产品差异化的毛利率水平：模拟芯片下游应用领域广泛、产品种类丰富，但由于不同下游所需产品的性能不同、不同产品的设计、生产复杂程度的差异，导致模拟芯片不同子产品的毛利率水平有着较大的差异；通讯以及工业控制类所需模拟芯片的功能复杂、可靠性高，故毛利率水平较高；而信号链芯片相较于电源管理芯片的设计更为复杂，因此信号链产品有着较高的毛利水平。
模拟芯片产品品类繁多且下游应用领域极其广泛，几乎涵盖了生活上还有生产上的各个领域；
因此，模拟芯片行业受下游某一需求的周期性波动影响不大，与数字芯片相比模拟芯片行业周期属性较弱。
从 PC、手机、通信到 AIoT、新能源车等，近年来电子产品的品类和市场容量持续扩张；
作为电子产品不可或缺的零部件，模拟芯片的市场规模持续扩张；
WSTS 统计数据显示，2020 年全球模拟芯片的市场规模为 556.58 亿美元、同比+3.19%，预计 2021 年的市场规模将达 677.16 亿美元、同比+21.66%。
IC Insight 预测，2020-2025 年模拟芯片行业的复合增速将达 8.20%。
