新一代信息技术：模拟集成电路行业专题.docx

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1、新一代信息技术：模拟集成电路行业专题1、模拟集成电路产品种类众多，设计难度大1.1、 模拟集成电路分类根据WSTS分类标准，半导体主要可分为集成电路、分立器件、传感器与光电子器件四种类别，其中集成电路可细分为模拟集成电路、数字集成电路和混合集成电路三大类，其中模拟集成电路主要是指由电阻、电容、晶体管等集成在一起、用来处理连续函数形式模拟信号（如声音、光线、温度等）的集成电路。1.2、 模拟集成电路主要产品类型模拟集成电路又可进一步分为电源管理集成电路（电源管理芯片）、放大器、接口集成电路和微波集成电路四个大类，每个大类下属涵盖多个细分产品种类。其中电源管理芯片是模拟集成电路最大的细分市场，具有

2、应用范围广、细分品类众多的特点，产品类型包括电池管理集成电路、电压基准电路、电源监控电路、LCD/LED驱动器、电机驱动器、稳压器以及电源模块（含DC/DC变换器）。放大器主要包括运算放大器、通用放大器、高速放大器、功率放大器、精密放大器、差分放大器、仪表放大器、可变增益放大器和特殊放大器（频率转换器，隔离放大器，线路驱动器，对数放大器，采样保持放大器，跨导放大器，互阻放大器，视频放大器等）等。接口集成电路主要包括时基电路、数据交换器、多协议接口集成电路、隔离器集成电路、电路保护集成电路、电平转换器、开关和多路复用器等。其中数据交换器又包括模拟/数字交换器（ADC）.数字/模拟交换器（DAC）

3、、集成交换器、传感器模拟前端、数字电位器等细分类型。微波集成电路是处理射频信号的模拟集成电路，可以分为混合微波集成电路和单片微波集成电路。自1950年以来，微波器件经历了从同轴器件一微带器件一单片微波集成电路的演变，单片微波集成电路又经历了从硅基衬底一珅化钱衬底一氮化钱衬底的演变。微波集成电路主要的生产厂商有ADI（讯泰科技Hittite）、TLMicrosemi.MACOM等。微波集成电路又可以细分为：低噪声放大器、限幅器、衰减器、RF混频器、频率合成器、倍频器、I/Q调制解调器、锁相环、移相器、定时和时钟、RF收发器、RF开关、可调谐滤波器等。总体来说，模拟芯片的细分种类多样且型号众多，因

4、此单一厂商难以实现模拟芯片各个种类型号的全部覆盖。模拟电子系统首先需进行信号的采集提取，通常信号来源于测试各种物理量的传感器、接收器，或者来源于用于测试的信号发生器。在实际场景中，传感器或者接收器多提供的信号的幅值通常较小，且容易受到噪声的干扰，因此在加工信号之前，需要对信号进行预处理，利用隔离、滤波、阻抗变换等手段提取信号并进行放大，再进行信号的运算、转换、比较等不同的加工。最后一般还需经过功率放大以驱动负载，如果需要进行数字化处理，还需通过A/D转换电路将预处理后的模拟信号转换为数字信号。图3、电子系统中的模拟电路信号的提信号的预信号的加信号的驱取处理工动与执行:6左弟智库资料来源：模拟电

5、子技术基础，兴业证券经济与金融研究院整理根据产品功能，模拟集成电路可以分为电源管理芯片和信号链芯片两大类。信号链模拟芯片是指拥有对模拟信号进行收发、转换、放大、过滤等处理能力的集成电路。根据功能划分，可分为线性产品、转换器产品、接口产品、射频和微波等，其中线性产品主要有包含放大器和比较器；转换器有ADC和DAc等。电源管理芯片具有应用范围广、细分品类众多的特点，包括AC/DC转换器、线性稳压器、LED驱动器、马达驱动器、电源监控器、过流保护、过压保护等。1.3、 模拟信号与数字信号互相转换原理模拟信号：连续变化的物理量信息，比如温度、湿度、压力、长度、电流、电压等，在一定的范围内可以有无限多个

6、不同取值；模拟信号信息密度较高，更能体现物理量的真实值，同时模拟信号的处理相较数字信号更为简单。数字信号：离散信号，最常见的形式是通过二进制数字来表示；数字信号在传输过程中有较强的抗干扰能力，传输效率较高，可通过半导体存储器进行存储，适用于通讯、信息处理等领域。模拟信号转化为数字信号有三个基本过程：抽样、量化和编码。抽样：每隔一定时间的信号样值序列来代替原来在时间上连续的信号，将模拟信号离散化。量化：用有限个幅度值近似原来连续变化的幅度值，把模拟信号的连续幅度变为有限数量的有一定间隔的离散值。编码：按照一定的规律，把量化后的值用二进制数字表示，然后转换成二值或多值的数字信号流。模数（A/D）转

7、换电路通过单片IC芯片把输入的模拟电信号转换成脉冲形式的数字信号输出，从电路结构上看，当前实现A/D转换功能主要有闪烁型、电容积分型、逐次逼近型、流水线型和1一型等，不同电路结构的A/D转换器具有不同的性能特点。数字信号通过调幅、调频、调相三步数字解调转换为模拟信号。调幅即载波的振幅随着基带数字信号而变化，例如数字信号1用有载波输出表示，数字信号。用无载波输出表示，特点是信号容易实现，技术简单，但抗干扰能力差；调频即载波的频率随着基带数字信号而变化，例如数字信号1用频率fl表示，数字信号O用频率f2表示，特点是信号容易实现，技术简单，抗干扰能力较强；调相即载波的初始相位随着基带信号而变化，例如

8、数字信号1对应于相位180度，数字信号对应于相位0度，其特点是抗干扰能力较强，但信号实现的技术比较复杂。1.4、 模拟集成电路与数字集成电路特点对比相较于数字集成电路，模拟集成电路具有设计难度大、应用范围广、应用周期长、可替代性低等特点。1）设计难度大，凸显人才重要性模拟芯片的设计需要额外考虑噪声、匹配、干扰等诸多因素，要求其设计者既要熟悉集成电路设计和晶圆制造的工艺流程，又需要熟悉大部分元器件的电特性和物理特性。加上模拟芯片的辅助设计工具少、测试周期长等原因，培养一名优秀的模拟芯片设计师往往需要10年甚至更长的时间，芯片设计人才的管理是模拟芯片企业发展的决定性因素之一。2）下游应用领域广泛模

9、拟集成电路按细分功能可进一步分为线性器件（如放大器、模拟开关、比较器等）、信号接口、数据转换、电源管理器件等诸多品类，每一品类根据终端产品性能需求的差异又有不同的系列，应用领域十分广泛。3）产品生命周期长模拟芯片强调可靠性和稳定性，寻求高可靠性与低失真低功耗，量产后通常具备10年以上的使用周期：而数字芯片强调运算速度与成本比，必须不断采用新设计或新工艺满足下游需求的变化，生命周期通常仅有1至2年。1.5、 模拟集成电路主要工艺据中电科24所发布的高性能模拟集成电路工艺中介绍，目前模拟集成电路主要制造工艺包括BiPOIar（双极工艺）、CMOS.DMOSsBiCMoS和BCD工艺，其中双极工艺制

10、造的器件具有速度高、驱动能力强、模拟精度高等优点，但在功耗等方面难以满足大规模系统集成要求。而CMoS工艺所制造的模拟器件具有功耗低、集成度高和抗干扰能力强等优点，但速度低、驱动能力较差。DMoS工艺具有低导通电阻、高电压承受能力、高速开关能力和高温性能，被广泛用于功率放大、开关利DC-DC转换器等领域。BiCMOS工艺是在已有的CMOS工艺基础上融入双极工艺，将双极和CMoS器件同时制作在同一芯片上，综合了双极器件高跨导、强负载驱动能力和CMoS器件高集成度、低功耗的优点，被广泛应用于无线通信、亳米波雷达等下游领域。BCD工艺技术是SGSThomson公司于上世纪80年代中期发明的在当时极具

11、创新性的集成电路工艺技术，可实现同一芯片上集成具有精确模拟功能的双极型(BiPOlar)器件、数字设计的CMOS器件和高压大功率结构的DMC)S器件等不同器件，同时BCD工艺集中了BiPOlar晶体管噪声低、精度高和电流密度大，CMC)S晶体管高集成度、低功耗、易逻辑控制，以及DMC)S器件耐压高、开关速度快，输入阻抗高、驱动能力强、热稳定性好等特点。通过在同一芯片内的不同功能电路的集成减少了系统内部的互连，降低了电磁干扰，提高了系统的可靠性、稳定性，同时也降低了系统功耗、体积、重量和总成本，整体表现出极好的综合性能，已逐渐成为高性能模拟集成电路的主要制造工艺。2、模拟集成电路市场分析2.1、

12、 特种需求占比稳定，国产替代空间广阔根据Frost&Sullivan及振华风光招股书数据显示，2013-2021年全球模拟集成电路的市场规模从401亿美元提升至586亿美元，年复合增长率为4.9%；我国模拟集成电路市场规模在全球范围内的占比达到60%以上，2021年市场规模达至U2731亿元，预计2025年有望达到3340亿元。从全球模拟芯片终端应用领域看，其广泛应用于通信、汽车、工业、消费电子、计算机、国防等领域。模拟芯片市场集中度较低，2021年前两大厂商德州仪器和ADI的市占率分别约I为19%和12.7%,其余厂商市占率均不超过10%,前十大厂商市占率合计68%,且竞争格局相对稳定。高性

13、能射频芯片和电源管理芯片是军用终端和系统的核心，在装备信息化建设和自主可控需求的双重拉动下，国内模拟集成电路企业有望快速崛起。图8、2016-2025年中国模拟集成电路市场规模及增速20.00%15.00%10.00%5.00%0.00%市场规模（亿元）同比增速未来智库-5.00%军用芯片国产替代需求迫切，模拟集成电路是重点补短板方向。自上世纪90年代末至今，美国国会通过了一系列法案，禁止对华出口航天技术以及用于航天等军事用途的元器件，美国商务部列出了控制对华出口清单，同时，通过施加压力等多种手段，干预其它国家对华军事及配套出口。欧洲对华出口限制也已长达半个多世纪，先后有巴黎统筹委员会议案”和

14、瓦森纳协议“，多种元器件物资被纳入华战略禁运的特别清单上。除西方国家政策因素之外，进口电子元器件大多数为塑封工业级和商业级，可靠性和环境适应性达不到我军要求，以及进口电子元器件得不到技术支持和售后保证等因素同样使得我国军用芯片急需实现国产替代。美国国防部（DoD）发布的关键技术清单中明确指出：诸多关键技术中，元器件的贡献最大。我国电子元器件产业受产业发展阶段等各种因素影响，在元器件的门类、品种、性能和质量可靠性方面与国外产品相比都有较大差距，特别是集成电路等类别差距更大，成为制约我国武器装备发展的瓶颈之一。据电子元器件国产化替代工作探讨对某型号装备进口电子元器件国产化替代采纳情况数据进行统计，

15、国内替代产品与进口产品相比较，关键性能指标、质量可靠性、封装体积的差异以及产品没有使用经历是阻碍元器件国产化的主要因素，该型号元器件国产化率约为35.27%。据军工芯片发展现状及展望，我国军工芯片每年进口替代空间在200亿以上。高性能模拟集成电路由于其型号种类众多、研发流程较长等特性，相较于其他集成电路类别具备更大的国产替代空间。2.2、 射频收发及前端芯片市场射频收发芯片和射频前端芯片是实现射频收发的基础，发挥着雷达、通信、电子对抗等射频信号系统接收机和发射机”的作用，通过对信号进行转换、合路、过滤、消除干扰、放大，最终实现无线信号接收和发射。射频收发芯片接收来自基带芯片的数字基带信号，并将

16、其通过数模转换、混频、滤波、放大后传输给终端射频前端芯片，终端射频前端芯片对信号进行放大后传输给天线；在接收链路中，终端射频前端芯片对来自天线的微弱射频信号进行放大，并传输给射频收发芯片，射频收发芯片将射频信号放大、混频、滤波、模数转换为数字信号，发送给基带芯片进行处理；电源管理芯片为发射链路和接收链路中各芯片提供配电。传统的射频发射链路由发射天线、隔离器、带通滤波、振荡器、锁相环路、调制回路组成；传统的射频接收链路由接收天线、带通滤波、低噪放、增益调节、鉴频锁相、中放单元构成。射频前端芯片主要包括终端功率放大器、终端低噪声放大器、终端射频开关，其中终端功率放大器用于对来自射频收发芯片的发射信号进行功率放大，并通过天线将信号发射出去。终端低噪声放大器用于放大来自天线端的微弱射频信号，并将放大后的信号传输给射频收发芯片进行处理，终端射频开关用于信道选择以及天