發布日期：2022-07-05 點擊率：120
ADC用于將真實世界產生的模擬信號（如溫度、壓力、聲音、指紋或者圖像等）轉換成更容易處理的數字形式。DAC的作用恰恰相反，它將數字信號調制成模擬信號；其中 ADC 在兩者的總需求中占比接近80％。
在我們生活中，大部分的信號都是模擬量，計算單元只認0和1的數字脈沖信號，為了實現數字系統對這些電模擬量的測量、運算和控制，就需要ADC在測量時進行精準的變換。
ADC的操作包括兩步，第一步操作是按照香農－奈奎斯特采樣定理對模擬信號進行采樣，第二步操作就是把采樣的模擬信號量化成數字信號。第一步操作中，我們通常用單位SPS（Sample Per Second）來描述ADC的采樣速度，該數值越大表明采樣速度越快。第二步操作中，通常用N－bit來表示數字信號代表的數值與模擬信號的真實數值之間的差距，該值越大表示變換后的數字信號越接近真實的信號。
當前ADC芯片的主要下游需求為通信設備領域（35％以上）、汽車電子（22％）、工業（20％）、消費電子（10％）。消費電子市場屬于低端ADC芯片，而高端芯片的市場包括有線／無線通信、汽車電子、軍工、工業、航空航天、醫療儀器等等。根據Databeans統計，高端ADC芯片的單價是低端ADC芯片的數倍，雖然高速率ADC占總出貨量不到10％，但是占據行業接近50％的銷售額。
最近兩年支撐ADC芯片增長的主要驅動因素是5G、人工智能、物聯網、汽車電子等新興領域，其中5G和汽車電子領域所需的產品或技術對信號處理的速度、精度、噪音等需求都增長迅速，推動市場迎來迭代更新。
ADC在5G通信中的應用
5G與現有蜂窩通信協議存在顯著區別。5G通信需要100MHz甚至400MHz的射頻信道帶寬，因此需要超高速ADC，理想的采樣速率需要達到1－3GSPS的量級，一般采用pipeline型分辨率為14位的ADC來實現。隨著模擬信號帶寬要求越來越大，但轉換精度要求基本保持不變，因此對于ADC芯片的設計要求越來越高。
伴隨著我國積極推動移動通信基站的建設，4G到5G手機的大換代帶動智能手機銷量的同時也帶動消費級DAC芯片市場需求攀升。5G通信下，手機終端需要160＋MSPS，12bit的ADC芯片，基站里面需要250MSPS－1GSPS，14－16bit的ADC芯片。參考中國聯通5G／4G密度比，未來我國5G宏基站建設總數至少在800萬臺以上，并且單個5G基站的ADC芯片使用就高達兩位數。以保守數據每個5G基站需要10個ADC芯片、每個芯片74元進行計算，5G基站建設帶來至少69億元的增量市場。
根據Insights數據顯示，中國最大的電信運營商計劃到2030年投資近411億美元引進5G，這對高性能信號鏈模擬芯片（尤其是ADC芯片）提出了海量需求。預計到2024年我國消費級ADC芯片市場規模將達到130億元。與此同時，以5G為基礎的其他應用產品將進行技術迭代。
ADC在汽車激光雷達中的應用
隨著我國汽車產業也不斷發展壯大和電子化程度的不斷提升，ADC芯片被廣泛地運用于汽車智能駕駛系統之中，汽車領域成為ADC芯片的新增量市場。
與工控類、消費級ADC不同，車規級ADC作為要求嚴格、門檻較高的應用領域需要進行一系列的可靠性以及安全性測試。例如：隨著各組份的硬件和軟件子系統變得越來越復雜，為了達到高水平的ASIL功能安全要求，需要ADC可提供診斷監控的系統來診斷監控機制和并行冗余電路的性能來顯著降低故障率并提高故障檢測的覆蓋率。它們需要測量和識別與不同電源軌相關的潛在故障，檢測不同電源的電壓或電流消耗是否有任何異常以及系統溫度是否有任何波動。
因此，隨著車輛的自動化水平不斷提高，一級供應商和原始設備制造商越來越需要上述提供診斷監控的ADC，用于實現其功能安全目標。
汽車電子產業整體呈現出穩步上升的趨勢。根據前瞻產業研究院數據，2017年為5400億元，與2016年相比增長17．6％，2017年到2022 年，中國汽車電子市場預計將以10．6％速度增長，增速超過全球。汽車電子市場的迅速擴大，必然將ADC推上消費熱潮。
研究壁壘
前期投入高昂：對于中國公司來說，想研發出一款高精度、低功耗、高轉換效率的ADC芯片，如果沒有數十年的積累和高昂的制造成本投入，則很難實現。此外，目前制造ADC／DAC芯片的溫度傳感器和高精度振蕩器非常緊缺，也是影響國內ADC／DAC芯片生產的關鍵之一。
性能要求嚴格：ADC分辨率和采樣速率相互矛盾，當分辨率越高，需要采集、比較的數越多，相應的ADC芯片的架構越復雜，比較器越多，電路規模呈幾何級增長，導致運行的時間越長，速度越慢。并且隨著分辨率的提高，系統對噪聲更加敏感，系統分辨率每提高一位，系統對噪聲的敏感度就會提高一倍，外界的溫度、濕度、電磁感應等因素都可能影響實際特性曲線，進而使ADC芯片測出來的數據失真，所以就要通過各種方法提前對噪聲進行排除，需要用極其復雜的數學工具進行反復的模擬。
更新換代迅速：ADC／DAC芯片產業比普通的芯片更新迭代更快，行業大致以4－6年為一個周期，這就要求企業要在特定時間內完成產品，否則就會趕不上市場的節奏，并且每招募一位有相關經驗的工程師，人力成本又非常高昂，讓企業難以支撐。
生產工序復雜：ADC／DAC芯片一般包含操作寄存器、中斷寄存器、轉換存儲控制器，制造ADC會采用到CMOS、GaAs HBT和SiGe BiCMOS工藝。高速ADC多為BiCMOS工藝制造，這些工藝主要被采用IDM模式的TI、ADI這些公司壟斷。
市場需求分散：ADC的主要應用市場有軍用和民用，其中軍用市場產品需求小，但追求性能、穩定性和抗干擾，并且對功耗、噪聲等及價格不太敏感，而在民用市場，性價比為王，對噪聲，功耗要求極高，技術升級快和供應鏈響應快，兩個生態鏈互補融合，企業難以兩者兼顧。
從市場格局來看，國內ADC市場份額主要被亞德諾（ADI）、德州儀器（TI）、美信（MAXIM）、微芯（MICROCHIP）等國外企業所占據，這些歐美的大型模擬集成電路供應商采用IDM的經營模式，從芯片的設計、制造、封測到銷售都自主可控，形成全產業鏈覆蓋；可以在協同優化的同時，獲取各環節的商業價值，中國企業想要加入并且有所發展具有較大的難度。
入局企業
盡管發展的路徑比較艱難，但國內廠商也依舊看重這個市場并紛紛開始尋求其他方法。
當今市場中常見的形式為將IP集成在SoC當中。
在消費電子領域，大多數廠商通過將ADC與MCU內核集成在一起。其中MCU廠商可以通過自研，或者通過購買相關IP或者Die來實現集成，晶圓廠和EDA公司也能提供部分ADC的IP，因此在消費級ADC，國內廠商已經占據重要地位。
上海貝嶺：高速高精度ADC達到國內量產最高水平，參數達到ADI中端競品水平，逐步實現國產替代。目前公司已經量產的ADC最高精度達到16bit，最高采樣率達到125MSPS，實現了四通道，是國內已經量產ADC的最高水平。
圣邦股份：圣邦股份作為國產模擬芯片優質企業，從“信號鏈＋電源”持續拓展高性能運放、ADC、DAC市場。公司以研發為本，降低成本、提升產品結構。推出了一款電壓輸出型數模轉換芯片（DAC） SGM5352 ，它16位精度、4通道，具有精度高、多通道、體積小等優點，很適宜用于光模塊、信號發生器等產品。
思瑞浦：專注于信號鏈芯片，目前已擁有超過900款可供銷售的產品型號。高速模數轉換器具有8／10bit的分辨率，采樣速率可達50MSPS，并且具有很高的線形精度。
華為海思：海思是國內規模最大的也是最神秘的芯片設計公司，據悉，華為從4G開始就規模采用自主設計的ADC／DAC，已達到僅落后ADI最新產品一代的水平，完全能滿足5G產品高性能商用。
云芯微：ADC領域的明星公司，ADC產品速度在65MSPS－250MSPS，精度在12bit－16bit之間，部分產品達到美國出口管制的規格。公司創始人李云初博士在美國ADI及TI等公司從事高性能模擬電路產品設計超過10年，公司后來被振華電子收購。
迅芯微：該公司主攻超高速ADC，ADC產品速度包括2GSPS、10GSPS、30GSPS，精度在6bit－8bit之間。其中2GSPS，12bit和10GSPS，8bit都屬于美國出口管控的規格之中。
靈矽微：成立于2018年06月，總部位于深圳，專注于研發?性能模擬數字轉換器（ADC），擁有ADC架構、校準算法和電路模塊三大核心創新技術。目前，公司開發的1GSPS8bit高速ADC產品已經成功流片，并獲得激光雷達行業的數百萬元客戶訂單。
類比半導體：核心團隊主要來自行業領先的模擬設計公司TI和ADI，其ADC產品包括高精度sd ADC、高精度sar ADC、高速ADC。其高精度ADC可做到24bit精度，高速ADC可做到250MSPS。
中電集團24所：是我國唯一的模擬集成電路專業研究所，是我國高性能模擬集成電路設計開發和生產的重要基地。主要產品有：ADC／DAC轉換器、高性能放大器、射頻集成電路、驅動器、電源以及汽車電子等，于2011年研制出了2GSPS、8bit的ADC，2018年研制出了5GSPS、10bit。
國產ADC芯片的市占率正在逐步提升，國產ADC芯片無法進入采購清單的僵局也正在被打破，供應商即將進入研發、盈利的‘滾雪球’模式。雖然我國的ADC芯片技術在高端領域離歐美等企業仍有差距，但是只要抓住國產化替代的契機，國內ADC芯片供應商一定可以打一場完美的翻身仗。
原文標題 : 模擬時代狂奔的ADC
