國產模數轉換ADC芯片的現狀、困境和歷史機遇
2022/2/23 11:31:46 點擊：
自然界產生的信號，都是模擬信號，比如我們說話的聲音，看到的景色，感受到的溫度、濕度、壓力、流速、光、電、風及個人的呼吸、血壓、體溫、心跳、體重、血糖，體脂等等。
這些模擬信號都得最終放在電腦，手機等數字領域進行處理，存儲或者傳輸，那如何把模擬信號轉換成數字信號呢?就需要一個轉換器芯片，它就是芯片界的翹楚—ADC!
一、ADC芯片就是Analog Digtal Convert 模擬數字轉換的芯片。
從模擬信號轉化為數字信號，轉換的過程信號處理要經過采樣，保持，量化，編程四個階段。根據不同的處理方式，有七種結構及其應用場景：
Falsh,(Half-Falsh)
Folding(折疊型),
Sigma-Delta(Σ-δ)，
SAR(逐次逼近型),
Pipelined(流水型),
未知結構。
1、FLASH & Half- FLASH ADC由于其并行結構具有最高采樣速率可達10GSps以上，但是由于非線性使其分辨率限制在8位以內，可用于示波器等產品。
2、Folding采用折疊型等結構的高速ADC，可以實現比FLASH稍高的精度和差不多的速度，可應用于廣播衛星中的基帶解調等方面。
3、∑-Δ型ADC主要應用于高精度數據采集，特別是傳感器、數字音響系統、多媒體、地震勘探儀器、聲納等電子測量領域，采集精度可達24比特。
4、SAR ADC逐次逼近型，主要應用于中速或較低速、中等精度的數據采集和智能儀器中。具有最寬的采樣速率，雖然它不是最快的，但由于低成本和低功耗使其很受歡迎。SAR ADC同時也可以達到16比特的精度。
5、PipeLined流水線型ADC主要應用于高速情況下的瞬態信號處理、快速波形存儲與記錄、高速數據采集、視頻信號量化及高速數字通訊技術等領域，當前設計速度可以達到Gsps。它們非常適合例如無線收發器應用和軍用等高性能要求的應用。
二、針對各種的ADC芯片，如何快速區分和了解ADC芯片的性能的好壞呢?從幾個指標著手;
1、精度、也稱為分辨率(ResoluTIon)，單位(Bits)比特;精度越高的ADC轉換出來的數字信號越接近于原來真實的模擬信號;另一方面，該精度只表示ADC輸出的位數，不代表這些位數里真正的信號分量。
2、采樣速率(Input Sampling Rate )單位是SPS, 如果ADC的采樣頻率是Fs(Hz)，那么它可以轉換的模擬信號帶寬至多是Fs/2(Hz)。比如1Msps代表著1M Samples Per Second,對應的ADC的采樣頻率就是1MHz，可以轉換的模擬信號帶寬至多是1/2 MHz。
3、功耗 Power Diss 單位mW;
4、噪聲 Chip Noise 單位Vrms 均方根;
5、溫漂 Temperature Drift 單位ppm/℃;
6、實際精度 ENOB ADC輸出的信號位數 單位比特;
7、信噪比 SNR 單位db分貝;
ADC芯片朝著減小功耗的方向前進, 以功耗、分辨率、采樣速率、噪音作為確定品質因數的依據; 這一挑戰在移動通信領域應用中尤為突出。
目前ADC 芯片的存在形式多種多樣，
1、傳統封裝片、集成電路;
2、ADC IP 存在于各種SOC 芯片中;
3、ADC集成模擬芯片(SIP)，存在于各類數字傳感器芯片。
三、什么是高端ADC芯片呢?
簡單來說，它是區別于消費電子市場的ADC芯片，主要應用在軍工、航空航天、有線無線通信、汽車、工業和醫療儀器(核磁共振、超聲)等對工藝、性能、可靠性要求極高的領域.每個電子系統都需要ADC芯片，而且ADC芯片設計的技術門檻很高。
1996年，以西方為主的33個國家在奧地利維也納簽署了《瓦森納協定》，規定了高科技產品和技術的出口范圍和國家，其中高端ADC屬于出口管制的產品，中國也屬于受限制的國家之一，禁運范圍主要是精度超過8位1.3Gsps以及16位以上速度超過65MSPS的ADC。
1、每一臺國產示波器，使用的ADC芯片都需要美國政府的同意才能進口，同時要承諾不被轉用軍事用途。
2、在相控陣雷達里面，高速度ADC芯片都是必需品，只能通過第N方渠道轉道加價獲得。
3、在中興、華為出產的通訊基站，電路板上除了幾顆數字基帶芯片是自產的，其他通信鏈路上RF、PLL、ADC/DAC乃至外圍測量電源電壓的芯片都見不到國產供應商的身影
4、一些技術含量很高的關鍵器件高速高精度ADC/DAC等領域，還完全依賴美國供應商。
5、GS/s高精度的模數轉換器(ADC)是5G通訊建設中高性能基站的核心器件，也是反導相控陣雷達中所需的關鍵模塊，更是“瓦森納協議”所禁運管控的核心器件，長期以來被國外公司所壟斷，突破GS/s高精度ADC的技術壁壘迫在眉睫。
四、目前國際上ADC/DAC市場
目前來看市場份額分別被ADI、TI、MAXIM、MICROCHIP等國外企業獨占，其中，ADI市占率約為58%，TI占比約為25%，MAXIM占7%，MICROCHIP占3%，難覓國內企業身影。
據相關數據顯示，2017年ADC芯片銷售額為545億美元，預計到2022年，全球ADC芯片市場規模可達748億美元，市場前景非常可觀。
未來幾年支撐ADC芯片增長的主要驅動力是5G、人工智能、物聯網、汽車電子等新興應用，這些相關的產品或技術對信號處理的需求大漲。中國模擬芯片市場占全球模擬芯片市場比例超過50%，且市場增速高于全球平均水平，按具體功能分，ADC/DAC市場規模占模擬電路市場份額比例達15%，所以大概推斷出國內2022年ADC/DAC市場規模為56.1億美元(約393億人民幣)。
ADC芯片龍頭企業—ADI;我們主要從ADI關鍵財務數據剖析。數據來源：ADI官網公布的2019年年度報告(單位：千美元)。
1、收入、毛利率和進利率總覽
產品平均毛利率超過60%;
3、收入-按區域
源自于中國地區收入占ADI總收入的35%;
2、收入-按應用領域
ADI在全球市場的業務布局廣泛，主要以模擬信息的感知、測量、連接、電源、解譯、安全;
這六大核心處理技術，全方位地布局工業自動化、通訊、汽車和消費電子與醫療等產業。根據ADI剛公布的2019財報，工業應用領域占據半壁江山。
七、2000年前后，國家利用人才政策吸引了很多海關留學人員歸國創業，這些海歸博士一開始也許想做工業級產品，關鍵的CPU等，但很快發現產業環境不合適。
那時候中國的的整機還沒有強大到今天華為，小米，OPPO,VIVO 等地位，市場容量小，技術可靠性要求高，設計周期長;這批海歸博士的企業都是靠消費類市場和06年之后一波山寨手機熱潮完成的原始積累，進入良性循環。然而沒有跟上這一波潮流的企業都還在艱難的生存。
在5G時代，高速高精度的ADC是5G基站不可或缺的芯片。目前進口的國外ADC芯片單價都在千元以上，單個5G基站的ADC芯片使用就高達兩位數。可見未來國產ADC的使用空間巨大。
八、國產ADC芯片產業的歷史機遇
政策方面：在美國政府和特朗普政權強力制裁以華為為首的中國高科技企業的大前提下，芯片的爭奪和發展成了重中之重。8月24日習近平總書記強調長三角三省一市要集合科技力量，聚焦集成電路、生物醫藥、人工智能等重點領域和關鍵環節，盡早取得突破。2020年7月30日，在國務院學位委員會會議上，投票通過了設立集成電路一級學科，上海復旦大學已經開了第一槍。有望彌補30萬集成電路人才缺口。
而中科大與在合肥市的成功模式，讓各級政府、高校及高新科技給城市未來帶來的新時代機遇。
資金：國家成立了國家集成電路大基金一期，二期等，全力支持芯片的發展。社會上有關芯片生態產業的投資成了當下最大的熱門。各級政府都在當地建設集成電路基金和芯片相關的上游產業投資。
生態：國產替代已經成為了熱門詞匯。在瓦森納協定和美國特朗普政府的深度制裁造成國內很多的知名大客戶在無芯可用的情況下，在ADC芯片的使用上面不得采用國產替代。在臺積電突破7nm, 中芯國際突破14nm的今天，國產高端ADC晶圓流片不再是一堵高墻。同時在瓦森納協定和美國特朗普政府的深度制裁造成國內很多的知名大客戶在無芯可用的情況下，在ADC芯片的使用上面不得采用國產替代。
這些年，中國半導體產業面臨的一大難題，就是如何融入這個生態鏈。
---國產替代，讓我們有了重塑生態鏈的好機會。
---新冠疫情，讓國產ADC芯片供不應求。
目前美國占據了全球半導體市場的半壁江山，擁有明顯的領先優勢。那么一再對華實施芯片出口限制，到底有多大作用?美方還能確保自己的市場優勢嗎?
這些模擬信號都得最終放在電腦，手機等數字領域進行處理，存儲或者傳輸，那如何把模擬信號轉換成數字信號呢?就需要一個轉換器芯片，它就是芯片界的翹楚—ADC!
一、ADC芯片就是Analog Digtal Convert 模擬數字轉換的芯片。
從模擬信號轉化為數字信號，轉換的過程信號處理要經過采樣，保持，量化，編程四個階段。根據不同的處理方式，有七種結構及其應用場景：
Falsh,(Half-Falsh)
Folding(折疊型),
Sigma-Delta(Σ-δ)，
SAR(逐次逼近型),
Pipelined(流水型),
未知結構。
1、FLASH & Half- FLASH ADC由于其并行結構具有最高采樣速率可達10GSps以上，但是由于非線性使其分辨率限制在8位以內，可用于示波器等產品。
2、Folding采用折疊型等結構的高速ADC，可以實現比FLASH稍高的精度和差不多的速度，可應用于廣播衛星中的基帶解調等方面。
3、∑-Δ型ADC主要應用于高精度數據采集，特別是傳感器、數字音響系統、多媒體、地震勘探儀器、聲納等電子測量領域，采集精度可達24比特。
4、SAR ADC逐次逼近型，主要應用于中速或較低速、中等精度的數據采集和智能儀器中。具有最寬的采樣速率，雖然它不是最快的，但由于低成本和低功耗使其很受歡迎。SAR ADC同時也可以達到16比特的精度。
5、PipeLined流水線型ADC主要應用于高速情況下的瞬態信號處理、快速波形存儲與記錄、高速數據采集、視頻信號量化及高速數字通訊技術等領域，當前設計速度可以達到Gsps。它們非常適合例如無線收發器應用和軍用等高性能要求的應用。
二、針對各種的ADC芯片，如何快速區分和了解ADC芯片的性能的好壞呢?從幾個指標著手;
1、精度、也稱為分辨率(ResoluTIon)，單位(Bits)比特;精度越高的ADC轉換出來的數字信號越接近于原來真實的模擬信號;另一方面，該精度只表示ADC輸出的位數，不代表這些位數里真正的信號分量。
2、采樣速率(Input Sampling Rate )單位是SPS, 如果ADC的采樣頻率是Fs(Hz)，那么它可以轉換的模擬信號帶寬至多是Fs/2(Hz)。比如1Msps代表著1M Samples Per Second,對應的ADC的采樣頻率就是1MHz，可以轉換的模擬信號帶寬至多是1/2 MHz。
3、功耗 Power Diss 單位mW;
4、噪聲 Chip Noise 單位Vrms 均方根;
5、溫漂 Temperature Drift 單位ppm/℃;
6、實際精度 ENOB ADC輸出的信號位數 單位比特;
7、信噪比 SNR 單位db分貝;
ADC芯片朝著減小功耗的方向前進, 以功耗、分辨率、采樣速率、噪音作為確定品質因數的依據; 這一挑戰在移動通信領域應用中尤為突出。
目前ADC 芯片的存在形式多種多樣，
1、傳統封裝片、集成電路;
2、ADC IP 存在于各種SOC 芯片中;
3、ADC集成模擬芯片(SIP)，存在于各類數字傳感器芯片。
三、什么是高端ADC芯片呢?
簡單來說，它是區別于消費電子市場的ADC芯片，主要應用在軍工、航空航天、有線無線通信、汽車、工業和醫療儀器(核磁共振、超聲)等對工藝、性能、可靠性要求極高的領域.每個電子系統都需要ADC芯片，而且ADC芯片設計的技術門檻很高。
1996年，以西方為主的33個國家在奧地利維也納簽署了《瓦森納協定》，規定了高科技產品和技術的出口范圍和國家，其中高端ADC屬于出口管制的產品，中國也屬于受限制的國家之一，禁運范圍主要是精度超過8位1.3Gsps以及16位以上速度超過65MSPS的ADC。
1、每一臺國產示波器，使用的ADC芯片都需要美國政府的同意才能進口，同時要承諾不被轉用軍事用途。
2、在相控陣雷達里面，高速度ADC芯片都是必需品，只能通過第N方渠道轉道加價獲得。
3、在中興、華為出產的通訊基站，電路板上除了幾顆數字基帶芯片是自產的，其他通信鏈路上RF、PLL、ADC/DAC乃至外圍測量電源電壓的芯片都見不到國產供應商的身影
4、一些技術含量很高的關鍵器件高速高精度ADC/DAC等領域，還完全依賴美國供應商。
5、GS/s高精度的模數轉換器(ADC)是5G通訊建設中高性能基站的核心器件，也是反導相控陣雷達中所需的關鍵模塊，更是“瓦森納協議”所禁運管控的核心器件，長期以來被國外公司所壟斷，突破GS/s高精度ADC的技術壁壘迫在眉睫。
四、目前國際上ADC/DAC市場
目前來看市場份額分別被ADI、TI、MAXIM、MICROCHIP等國外企業獨占，其中，ADI市占率約為58%，TI占比約為25%，MAXIM占7%，MICROCHIP占3%，難覓國內企業身影。
據相關數據顯示，2017年ADC芯片銷售額為545億美元，預計到2022年，全球ADC芯片市場規模可達748億美元，市場前景非常可觀。
未來幾年支撐ADC芯片增長的主要驅動力是5G、人工智能、物聯網、汽車電子等新興應用，這些相關的產品或技術對信號處理的需求大漲。中國模擬芯片市場占全球模擬芯片市場比例超過50%，且市場增速高于全球平均水平，按具體功能分，ADC/DAC市場規模占模擬電路市場份額比例達15%，所以大概推斷出國內2022年ADC/DAC市場規模為56.1億美元(約393億人民幣)。
ADC芯片龍頭企業—ADI;我們主要從ADI關鍵財務數據剖析。數據來源：ADI官網公布的2019年年度報告(單位：千美元)。
1、收入、毛利率和進利率總覽
產品平均毛利率超過60%;
3、收入-按區域
源自于中國地區收入占ADI總收入的35%;
2、收入-按應用領域
ADI在全球市場的業務布局廣泛，主要以模擬信息的感知、測量、連接、電源、解譯、安全;
這六大核心處理技術，全方位地布局工業自動化、通訊、汽車和消費電子與醫療等產業。根據ADI剛公布的2019財報，工業應用領域占據半壁江山。
七、2000年前后，國家利用人才政策吸引了很多海關留學人員歸國創業，這些海歸博士一開始也許想做工業級產品，關鍵的CPU等，但很快發現產業環境不合適。
那時候中國的的整機還沒有強大到今天華為，小米，OPPO,VIVO 等地位，市場容量小，技術可靠性要求高，設計周期長;這批海歸博士的企業都是靠消費類市場和06年之后一波山寨手機熱潮完成的原始積累，進入良性循環。然而沒有跟上這一波潮流的企業都還在艱難的生存。
在5G時代，高速高精度的ADC是5G基站不可或缺的芯片。目前進口的國外ADC芯片單價都在千元以上，單個5G基站的ADC芯片使用就高達兩位數。可見未來國產ADC的使用空間巨大。
八、國產ADC芯片產業的歷史機遇
政策方面：在美國政府和特朗普政權強力制裁以華為為首的中國高科技企業的大前提下，芯片的爭奪和發展成了重中之重。8月24日習近平總書記強調長三角三省一市要集合科技力量，聚焦集成電路、生物醫藥、人工智能等重點領域和關鍵環節，盡早取得突破。2020年7月30日，在國務院學位委員會會議上，投票通過了設立集成電路一級學科，上海復旦大學已經開了第一槍。有望彌補30萬集成電路人才缺口。
而中科大與在合肥市的成功模式，讓各級政府、高校及高新科技給城市未來帶來的新時代機遇。
資金：國家成立了國家集成電路大基金一期，二期等，全力支持芯片的發展。社會上有關芯片生態產業的投資成了當下最大的熱門。各級政府都在當地建設集成電路基金和芯片相關的上游產業投資。
生態：國產替代已經成為了熱門詞匯。在瓦森納協定和美國特朗普政府的深度制裁造成國內很多的知名大客戶在無芯可用的情況下，在ADC芯片的使用上面不得采用國產替代。在臺積電突破7nm, 中芯國際突破14nm的今天，國產高端ADC晶圓流片不再是一堵高墻。同時在瓦森納協定和美國特朗普政府的深度制裁造成國內很多的知名大客戶在無芯可用的情況下，在ADC芯片的使用上面不得采用國產替代。
這些年，中國半導體產業面臨的一大難題，就是如何融入這個生態鏈。
---國產替代，讓我們有了重塑生態鏈的好機會。
---新冠疫情，讓國產ADC芯片供不應求。
目前美國占據了全球半導體市場的半壁江山，擁有明顯的領先優勢。那么一再對華實施芯片出口限制，到底有多大作用?美方還能確保自己的市場優勢嗎?
畢竟中國是全球最大的芯片消費市場。最近，美國智庫波士頓咨詢公司就發表了自己的研究報告，指出限制對華出口芯片，可能會終結美國在半導體產業的統治地位
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