信號(hào)鏈芯片領(lǐng)域包括放大器、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器和接口芯片等三大類(lèi)。從技術(shù)壁壘的角度來(lái)講,數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器的壁壘最高。
數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器可以分為模數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)和數(shù)模轉(zhuǎn)換器(DAC)。模數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)可以對(duì)連續(xù)變化的電壓或電流,也就是模擬信號(hào)進(jìn)行高頻采樣,然后轉(zhuǎn)換為對(duì)應(yīng)的數(shù)字流,也就是數(shù)字信號(hào),用以表示模擬信號(hào)在某一瞬間的幅度。數(shù)模轉(zhuǎn)換器(DAC)則是將數(shù)字信號(hào)調(diào)制成模擬信號(hào)。
模數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)和數(shù)模轉(zhuǎn)換器(DAC)是整個(gè)模擬芯片的掌上明珠,其研發(fā)的最大難點(diǎn)在于,采樣速率和轉(zhuǎn)換精度難以同時(shí)兼顧,并且需要整個(gè)研發(fā)和制造環(huán)節(jié)進(jìn)行精密配合。從市場(chǎng)需求來(lái)看,模數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)的需求,占到了數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器總需求的差不多80%,數(shù)模轉(zhuǎn)換器(DAC)占20%。
和其他半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)一樣,模數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)的產(chǎn)業(yè)鏈同樣復(fù)雜而且龐大,上游產(chǎn)業(yè)鏈包括:設(shè)備、材料等;中游產(chǎn)業(yè)鏈包括:芯片設(shè)計(jì)、制造、封裝、測(cè)試等;下游產(chǎn)業(yè)鏈包括:工業(yè)、通信、航空、國(guó)防、醫(yī)療和消費(fèi)電子等。
2019年,全球數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器的市場(chǎng)規(guī)模為36億美元。據(jù)行業(yè)預(yù)計(jì),數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器市場(chǎng)在之后的4年內(nèi)將以10%的年復(fù)合增長(zhǎng)率進(jìn)行增長(zhǎng)。也就是說(shuō),到2023年,全球數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器的市場(chǎng)規(guī)模將達(dá)到50億美元。
一顆數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器的好壞,主要是看兩個(gè)指標(biāo)---采樣速率和轉(zhuǎn)換精度。采樣速率的單位是sps,是Samples per Second的縮寫(xiě),也就是每秒采樣頻次。常用的單位,比如10ksps就是每秒的采樣頻次為十萬(wàn)次,100ksps就是每秒一百萬(wàn)次。轉(zhuǎn)換精度,常常也稱作分辨率,單位用“位”表示,數(shù)值越大,表示分辨率越高,轉(zhuǎn)換精度就越好,數(shù)字信號(hào)和模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換之后的誤差就越小。
就現(xiàn)階段的技術(shù)而言,數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器的采樣速率和轉(zhuǎn)換精度就像魚(yú)與熊掌:采樣速率越快,轉(zhuǎn)換精度就越差;轉(zhuǎn)換精度越高,采樣速率就越差。比如,模數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)就可以分為高速ADC和精密ADC。
在數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器領(lǐng)域,歐美大廠還是處于主導(dǎo)地位,較為知名的廠家有亞德諾(ADI)、德州儀器(TI)、恩智浦(NXP)、意法半導(dǎo)體(ST)、美國(guó)微芯(Microchip)、美信(Maxim)、賽靈思(Xilinx)等。
以西方為主的33個(gè)國(guó)家在1996年簽署了《瓦森納協(xié)定》,限制了高科技產(chǎn)品和技術(shù)的出口范圍,協(xié)定將高端模數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)納入了出口管制清單,而且中國(guó)也屬于管制國(guó)家之列。中國(guó)模數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)企業(yè)能夠獲取先進(jìn)技術(shù)的渠道有限。
美國(guó)政府在2019年將華為納入實(shí)體清單后,包括亞德諾(ADI)和德州儀器(TI)等美國(guó)模數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)大廠向華為供貨受到了限制,這進(jìn)一步迫使國(guó)內(nèi)企業(yè)加快相關(guān)產(chǎn)品的研發(fā)替代。而且,高性能模數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)在國(guó)防軍事、高端醫(yī)療和精密測(cè)量等領(lǐng)域具有不可替代的作用,因此,加快研發(fā)國(guó)產(chǎn)模數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)對(duì)眾多下游產(chǎn)業(yè)意義重大。