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模拟信号的作用及模拟芯片的市场
文章来源:永阜康科技 更新时间:2020/11/9 10:43:00
模拟芯片是集成的模拟电路,用于处理模拟信号,并且是处理外界信号的第一关口,所有的数据的源头都是模拟信号。

一、模拟信号的作用

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。

二、全球模拟芯片的市场和发展

1.前十大品牌的市场比重

TI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。TI2019年的模拟收入占其IC总销售额128亿美元的80%,占其半导体总收入137亿美元的75%。

ADI亚德诺以运算放大器起家,是数据转换器龙头,在运放、电源管理的市场份额靠前,目前专注于工业和通信市场。

Infineon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。

Skyworks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。

NXP恩智浦、ON安森美、Renesas瑞萨均是实力较强的汽车电子厂商。

Maxim美信则更专注于工业领域

Microchip微芯科技在模拟产品外,较为偏重于数字领域的MCU。

(2019年全球10大模拟IC厂商排名)

2.本季度交期上涨明显,价格趋于稳定

据市场分析资料显示交期上涨最明显的是开关稳压器,交期上涨的部分品牌有DIODES,MICROCHIP,RENESAS, ON,ST等,交期均在12周~20+周

其次交期上涨较多的是传感器,部分品牌有:Panasonic,TE,NXP,Melexis等,其中Melexis的交期在16周-52周。

还有多源模拟/电源交期上涨也居多,部分品牌有:DIODES,ON,ST,RENESAS。

在价格方面,MAXIM的开关稳压器略有上涨,其他品牌基本平稳。

两类重要的模拟芯片:信号链和电源管理

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,并转换成为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”。

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。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。

三、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,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。

(电源管理芯片应用领域广泛)

四、电源管理的需求增长迅速

在模拟集成电路中,电源管理是最大的市场,规模约216亿美元,占比42%;信号链市场143亿美元(28%),射频及其他产品市场约158亿美元,占比30%。

电源管理芯片从90年代开始快速发展,成长为模拟芯片产业的一个重要行业。1981年,电源管理芯片市场规模仅有1亿美元,而至2018年,已发展成为一个250亿美元的行业。电源管理芯片占模拟芯片市场的比例, 从1981年的8%、1995年的9%,迅速增大至2018年的43%。

(模拟芯片主要是信号链和电源管理芯片)

五、为什么电源管理产品在模拟芯片占比迅速增大?

大部分的行业人士,这是因为电源管理在消费领域有持续的新需求驱动。由于低功耗、低质量和可便携设备的发展,使得电源转换效率技术和要求不断发展。

消费电子对小功率节电的需求,推动电源管理芯片行业的成长。随着消费电子新增功能,音频、摄像等,消费电子不断复杂化,不仅电子产品的耗电量与日俱增,同时需要支持的电压数量也变多,客观需要电源管理芯片能在增加能源转换效率、增加待机时间的同时,提高集成度以支持多个电压。另外,由于锂电池的功率密度发展减缓,因此只能从电源管理芯片上寻求突破。所以,消费电子的发展,不断驱使着模拟芯片厂商推出功能更复杂、更高效率、更低体积的电源管理芯片,促进了电源管理芯片整个行业的成长。

工业领域大功耗器件节电的需求,同样推动了电源管理芯片行业的成长。工业领域的能耗主要来自于电机和照明,电机主要是泵、风机、压缩机、传输机等,电机消耗的能量几乎占工业电力消耗的80%。

因此,工业领域对节能的要求,促使电源管理芯片不断提高转换效率。比如,使用变速电机能节省40%的能耗,使用高效的开关电源可以节省35%的能耗,这背后均是由更先进的电源管理芯片支撑。

未来,新需求将会继续推动电源管理发展。LED照明从最初的简单逻辑控制到如今调光、变色等更个性化的要求,对电源芯片提出更复杂的智能化控制需求。

另外,一些设备为适应便携性趋势,设备供电方式从适配器供电转变为电池供电,带来很多电池供电系统的芯片需求。

 
 
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