信號鏈芯片領域包括放大器、數據轉換器和接口芯片等三大類。從技術壁壘的角度來講,數據轉換器的壁壘最高。
數據轉換器可以分為模數轉換器(ADC)和數模轉換器(DAC)。模數轉換器(ADC)可以對連續變化的電壓或電流,也就是模擬信號進行高頻采樣,然后轉換為對應的數字流,也就是數字信號,用以表示模擬信號在某一瞬間的幅度。數模轉換器(DAC)則是將數字信號調制成模擬信號。
模數轉換器(ADC)和數模轉換器(DAC)是整個模擬芯片的掌上明珠,其研發的最大難點在于,采樣速率和轉換精度難以同時兼顧,并且需要整個研發和制造環節進行精密配合。從市場需求來看,模數轉換器(ADC)的需求,占到了數據轉換器總需求的差不多80%,數模轉換器(DAC)占20%。
和其他半導體產業一樣,模數轉換器(ADC)的產業鏈同樣復雜而且龐大,上游產業鏈包括:設備、材料等;中游產業鏈包括:芯片設計、制造、封裝、測試等;下游產業鏈包括:工業、通信、航空、國防、醫療和消費電子等。
2019年,全球數據轉換器的市場規模為36億美元。據行業預計,數據轉換器市場在之后的4年內將以10%的年復合增長率進行增長。也就是說,到2023年,全球數據轉換器的市場規模將達到50億美元。
一顆數據轉換器的好壞,主要是看兩個指標---采樣速率和轉換精度。采樣速率的單位是sps,是Samples per Second的縮寫,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次,100ksps就是每秒一百萬次。轉換精度,常常也稱作分辨率,單位用“位”表示,數值越大,表示分辨率越高,轉換精度就越好,數字信號和模擬信號轉換之后的誤差就越小。
就現階段的技術而言,數據轉換器的采樣速率和轉換精度就像魚與熊掌:采樣速率越快,轉換精度就越差;轉換精度越高,采樣速率就越差。比如,模數轉換器(ADC)就可以分為高速ADC和精密ADC。
在數據轉換器領域,歐美大廠還是處于主導地位,較為知名的廠家有亞德諾(ADI)、德州儀器(TI)、恩智浦(NXP)、意法半導體(ST)、美國微芯(Microchip)、美信(Maxim)、賽靈思(Xilinx)等。
以西方為主的33個國家在1996年簽署了《瓦森納協定》,限制了高科技產品和技術的出口范圍,協定將高端模數轉換器(ADC)納入了出口管制清單,而且中國也屬于管制國家之列。中國模數轉換器(ADC)企業能夠獲取先進技術的渠道有限。
美國政府在2019年將華為納入實體清單后,包括亞德諾(ADI)和德州儀器(TI)等美國模數轉換器(ADC)大廠向華為供貨受到了限制,這進一步迫使國內企業加快相關產品的研發替代。而且,高性能模數轉換器(ADC)在國防軍事、高端醫療和精密測量等領域具有不可替代的作用,因此,加快研發國產模數轉換器(ADC)對眾多下游產業意義重大。