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模拟IC“一超N强”,下一个TI会出现在中国吗?

时间:2020-07-20 作者:东兴证券 阅读:
所谓模拟芯片,是处理外界信号的第一关,所有数据的源头是模拟信号,模拟芯片是集成的模拟电路,用于处理模拟信号。模拟信号是在时间和幅值上都连续的信号,数字信号则是时间和幅值上都不连续的信号。常见的数模混合系统包括……
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在最近ADI收购了Maxim以后,大家对模拟芯片市场又有了新的关注度,东兴证券也发布了一份模拟市场的最新报告,让我们跟随的这个报告去了解一下。

所谓模拟芯片,是处理外界信号的第一关,所有数据的源头是模拟信号,模拟芯片是集成的模拟电路,用于处理模拟信号。模拟信号是在时间和幅值上都连续的信号,数字信号则是时间和幅值上都不连续的信号。外界信号经传感器转化为电信号后,是模拟信号,在模拟芯片构成的系统里进行进一步的放大、滤波等处理。处理后的模拟信号既可以通过数据转换器输出到数字系统进行处理,也可以直接输出到执行器。

常见的数模混合系统包括:消费领域的手机、个人电脑、数码相机、麦克风、扬声器等,工业领域的温度检测器、心电图仪、飞机系统,汽车领域的倒车显示仪等,模拟芯片无处不在。

模拟芯片是信号处理是必不可少的一环

信号以电的形式传递,根据电流/电压的强弱分成两类模拟信号,弱电和强电。信号链产品负责对弱电进行处理。电源管理产品主要对强电进行处理,亦处理弱电。

模拟芯片主要是信号链和电源管理芯片,2018 年市场规模 527 亿美元

全球模拟芯片市场空间近600亿美元。全球集成电路市场3402亿美元,模拟电路占15%。模拟电路中,信号链市场143亿美元,电源管理市场216亿美元。从 1968年出现的第一个集成运放开始,到2018年,模拟芯片已成为一个全球规模近600亿美元的产业。

从 60 年代至今,模拟芯片市场规模已发展至近 600亿美元

“一超N强”的龙头以外,竞争分散

根据ICinsights最新的数据,现在排名前五的厂商中,市场份额接近50%。在ADI成功收购Maxim之后,头部厂商的市场占有率进一步提升。其中,德州仪器擅长电源管理,是该领域的龙头;ADI以运算放大器起家,是数据转换器龙头,在运放、电源管理的市场份额靠前。英飞凌是从西门子集团中剥离,独立上市的半导体企业。目前排名靠前的模拟芯片公司,基本都是成立在集成电路诞生的 60 年代初和黄金的 90 年代,与集成电路行业共同成长,包括现龙头德州仪器(1930)、曾经的龙头国民半导体(1959),以及目前的次席亚德诺(1965)等,依靠对模拟技术的原始积累(Know-how)形成了核心竞争力。

最新模拟厂商营收排名

在前十大模拟芯片公司中,德州仪器是第一个制造出集成电路的公司,在电源管理和运算放大器这两个领域处于龙头地位,下游市场集中于工业和汽车电子市场。次席亚德诺是多年的数据转换器龙头,目前专注于工业和通信市场。英飞凌是著名的汽车电子厂商,在电源管理和功率半导体中排名靠前。思佳讯则是一家专注射频领域的模拟厂家,射频芯片巨头之一,主要客户为苹果等消费电子厂商,以及通信设备厂商供货。恩智浦、安森美、瑞萨均是实力较强的汽车电子厂商,美信则更专注于工业领域,微芯科技在模拟产品外,较为偏重于数字领域的 MCU。

领先模拟厂商所擅长的领域

行业格局“一超N强”,龙头以外竞争分散。在模拟芯片领域,德州仪器是当之无愧的龙头,市场份额18%,从04年以来便稳居第一。而从行业第二名到第十名份额均只有个位数,份额均较为接近。其中,第二名的亚德诺是通过在2017年收购产品线类似的凌特(Linear Tech),超越英飞凌成为行业第二。在这次收购了Maxim之后,进一步巩固了他们的位置,同时进一步缩小了和TI的差距。因此,模拟芯片行业的竞争较为分散,是“一超(德州仪器)”和“N强(亚德诺、英飞凌、意法半导体等)”的格局。行业并购不断,竞争格局走向集中。

1990年,德州仪器还不是模拟芯片的龙头,模拟芯片行业竞争高度分散,排名第一的国民半导体市占率仅7%,与前十名剩下的公司份额相近。然而到了2002 年,意法半导体跃居第一,并占有了 10%以上的市场。

2004年开始,德州仪器开始稳居第一,份额遥遥领先。同时,排名靠后的公司通过不断地合并和收购,获取了更大的市场份额。重要的收购包括:国民半导体被德州仪器收购(2011),飞思卡尔从摩托罗拉分离、最后被恩智浦收购(2015),仙童半导体被安森美收购(2016),Intersil被瑞萨收购(2016),凌特被亚德诺收购(2017)。可以看到,近 30 年来,整个模拟芯片行业不断地整合,龙头市占率不断提高,行业不断走向集中。

30 年来,模拟芯片的市场份额逐渐向龙头集中

信号链和电源管理:两类重要的模拟芯片

信号链产品主要包括运算放大器和数据转换器,处理信息交互的需求。在数模混合的系统中,一个完整的信号处理过程如下:

传感器:通过传感器获取外界原始的物理信号,典型的包括声音、图像、温度、湿度、压力等,并转换成于这些物理信号相对应的连续时间模拟信号,典型形式为电压/电流。

放大器、滤波器:通过由放大器和滤波器构成的信号调理单元对模拟信号进行处理。放大器的作用是将微弱的模拟小信号进行放大,以适配到ADC的满量程输入范围;滤波器的作用主要是对信号进行带限,目的是满足奈奎斯特采样定理的要求。

数据转换器:通过ADC将处理后的电压/电流信号转换为所对应的离散数字量,提供给后续数字单元进行处理。

数字处理:由数字处理系统(MCU、DSP 或 FPGA)对离散数字量进行数字化处理,它通常用于实现数字信号处理算法。

数据转换器:数字处理系统处理完以后的离散数字量送到了DAC。通过它,再次转换成连续的模拟信号。

滤波器:由于DAC输出的信号中含有“台阶”型的高频分量,因此需要使用重构滤波器进行进一步处理滤除高频噪声,最终得到重构后的模拟输出信号。其中,最重要的是运算放大器和数据转换器。

运算放大器是模拟电路的“基础积木”,应用极为广泛。运算放大器是指对模拟信号进行相加、积分等运算的放大电路,常用于将微弱的小信号放大成大信号。同时,运算放大器是构成许多模拟器件的基础,数模转换器、电流-电压转换器、滤波器、比较器、线性稳压器等都需要运放。可以说,运算放大器是模拟电路的“基础积木”。

运放是许多模拟器件的基础,比如滤波器就是由运放和电阻组成

数据转换器是连接模拟与数字系统的桥梁,必不可少。模数转换器(ADC)负责将模拟信号转换成数字信号,数模转换器(DAC)负责将数字信号转换为模拟信号。传感器把真实世界的温度、压力、声音等转换成电信号,这些信号大多为模拟信号,无法被数字系统识别与处理。只有通过 ADC 的转换才能被 MCU 采集并处理。

数据转换器包括数模转换器(DAC)和模数转换器(ADC)

另外,扬声器等都需要模拟信号输入才能工作,所以需要 DAC 把数字系统输出的数字信号转换成模拟信号。

因此,只要涉及数字处理,就一定要有数据转换器。

电源管理是电子电路必要需求。只要是电子系统,均需要电源供电,常见的供电电源有电源适配器、蓄电池、等。根据输入输出电流类型,我们可以将电源管理器分为 4 大类型:AC-DC(整流)、AC-AC(变频等)、DC-DC(斩波)、DC-AC(逆变)。

电路中常见的电源管理需求

开关整流器(AC-DC)主要负责将交流电转换成直流电,常见的有笔记本电脑的电源适配器。

交流—交流变频器(AC-AC)负责将某个频率的交流电转换为另一种恒定频率或可变频率的交流电。

直流—直流变换器(DC-DC)将直流电转换成另一种不同频率、相位、电流、电压特征的直流电。

逆变器(DC-AC)将直流电转换成交流电的开关变换器,有的称其为变流器,是交流输出开关电源和不间断电源(UPS)的主要部件。

稳压是电路的基本功能

电源管理芯片是集成的电源管理电路,主要功能是稳压、升降压、恒流、交流直流转换等,分为线性稳压器(LDO)、电荷泵(Charger-pump)芯片、DC-DC 转换器(DC-DC)、交流直流转换器(AC-DC)、LED 驱动芯片等。典型的应用是手机、笔记本电脑等消费电子的充电器、LED 驱动器。比如,稳压器对 220V 的市电降压,并输出稳定的直流低压供用笔记本电脑;LED 驱动对手机内部电源升压,以驱动摄像头闪光灯。

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