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01 信号链芯片信号链是连接真实世界和数字世界的桥梁。信号链是将信号以“模-数-模”形式进行转化的模拟 IC，完整信号链的工作过程为：从传感器探测到真实世界实际信号，如电磁波、声音、图像、温度、光信号等，并将这些自然信号转化成模拟的电信号，通过放大器进行放大，然后通过 ADC 把模拟信号转化为数字信号，经过 MCU 或 CPU 或 DSP 等处理后，再经由 DAC 还原为模拟信号。信号链是电子设备实现感知和控制的基础，是电子产品智能化、智慧化的基础。常见的信号链芯片包括放大器、数据转换器（ADC、DAC）、接口、隔离芯片等。
信号链芯片具有“种类多，应用广”等特点，又可进一步分为以放大器和比较器为代表的线性产品、以 ADC 和DAC 为代表的转换器产品以及各类接口产品。
02 线性产品线性器件实现模拟信号在传输过程中放大、滤波、选择、比较等功能，包括放大器、比较器、模拟开关等。放大器和比较器的结构、工作原理比较接近，用途上有所不同，放大器用于等比例放大信号，比较器用于比较两个电压值或电流值的大小，比较器的响应速度更快。模拟开关主要是完成信号链路中的信号切换功能，起接通信号或断开信号的作用，具有功耗低、速度快、无机械触点、体积小和使用寿命长等特点。
放大器产品品类丰富，运算放大器是最为基础的模拟 IC 器件。
运算放大器是一种对微弱信号进行放大的电路，输出信号可以是输入信号加、减或微分、积分等数学运算的结果，已经历四代产品。自仙童半导体公司于 1960 年研制出第一个硅集成单芯片运算放大器后，运算放大器至今已经历了四代产品。仙童半导体公司 1968 年推出的μA741 和 ADI 公司1975 年推出的 OP07 是运算放大器经典产品，至今仍被广泛使用。
运放是一种高增益、高输入电阻（输入端没有电流流入，虚拟断路，压降小很多，电压可以全部给后段电路）、低输出电阻（小到无线接近0，电压会全部加载至负载）的放大器。
根据内部结构和制造工艺的不同，运算放大器分为双极型、CMOS 型、 Bi-JFET、Bi-MOS 型。双极型运放一般输入偏置电流、器件功耗较大，但由于采用多种改进技术，所以种类多、功能强。CMOS 型运放输入阻抗高、功耗小，可在低电源电压下工作，已有低失调电压、低噪声、高速度、强驱动能力的产品。Bi-JFET、Bi-MOS 型运放采用双极型管与单极型管混合搭配的生产工艺，以场效应管作输入级，使输入电阻高达 10 12Ω；Bi-MOS常以 CMOS 电路作输出级，可输出较大功率。
根据输入输出电压范围的差异，运算放大器大致分为双电源运算放大器、单电源运算放大器、轨到轨运算放大器三种类型。双电源运算放大器在大多数情况下需要使用正负两种电源；单电源运算放大器不需要使用负电压源，因其可以检测到接地电平的输入信号，故也被称为“接地检测运算放大器”；轨到轨运算放大器在输入电压从 VEE到 VCC 波动都可以正常工作，也被称为“输入/输出满摆幅运算放大器”
根据性能指标的不同，运算放大器可分为通用型和专用型两类。通用型运放用于无特殊要求的电路之中，性能指标的数值一般处于固定区间。专用型运放为了适应各种特殊要求，在某一方面的性能会特别突出，如高速型运放带宽和转换速率一般较高，主要用于通信设备、视频系统和测试仪器等，典型产品如 ADI 的 AD8003，带宽 1.65 GHz，SR 高达 4300 V/μs；低功耗型运放具有工作电压低、静态电流小的特点，主要用于便携式、可穿戴电子产品。
专用型运放一般是针对特定功能和应用而生产的，在便携式设备、测试与测量仪器、医疗系统级特殊信号处理等场合具有广泛应用，如视频放大器、可变增益放大器、差分驱动放大器、线性隔离放大器、电流检测放大器等，其发展趋势是更高的带宽、更高的带宽、更低的失真度、更低的功耗。随着应用需求的发展，将会产生新的专用型放大器类别。
比较器是通过比较两个输入端的电流或电压值的大小，在输出端以数字电平呈现比较结果的电子器件。比较器（1 位的数模转换器）是高位数模转换器的基础部件。比较器的主要性能指标为输出数字电平、响应延迟时间、精度和功耗等；根据速度、功耗和精度的不同，比较器主要可以分为高速比较器、高精度比较器和低功耗比较器等。比较器作为基础模拟 IC 器件，广泛应用于高速模数转换、高速采样保持、过零检测、相位检测、电压监测等应用场合。
03 转换器产品转换器实现数字和模拟信号的转换，信号链芯片单类器件中市场份额最大。转换器实现数字信号和模拟信号相互转换，是混合信号系统中的必备器件，在信号链芯片单类器件中占据最大市场份额，其中模数转换器（ADC）把模拟信号转换成数字信号；数模转换器（DAC）把数字信号转换为模拟信号。
市场份额集中于海外企业，2019 年 CR5 达 81%。ADI 为 ADC/DAC 市场主要龙头企业，随之其后的是 TI，世界 TOP5 厂商占据了全球 81%的市场份额，行业较为集中。
ADC 和 DAC 应用广泛，技术壁垒高。ADC 用于将真实世界产生的模拟信号（如温度、压力、声音、指纹或者图像等）转换成更容易处理的数字形式。DAC 的作用恰恰相反，它将数字信号调制成模拟信号；其中 ADC 在两者的总需求中占比接近 80%。ADC 和 DAC 是真实世界与数字世界的桥梁，属于模拟芯片中难度最高的一部分，被称为模拟电路皇冠上的掌上明珠。
ADC 是物理与数字世界的重要媒介，已发展 30 年以上，被广泛应用于航天航空、通信、测量、医疗、消费电子、汽车电子等领域，技术壁垒极高，其性能对整个系统影响显著。例如在无线通信系统的接收机链路中，ADC将经降频以及滤波处理后的基带、中频等信号转换为数字电路可识别、处理的编码信号。
根据《高增益低失调轨对轨运算放大器的研究与设计》，其工作流程主要包括模拟输入、抗混叠滤波、采样/保持以及量化/编码四个步骤，采样过程是连续信号变成离散时间信号，量化过程将连续幅值转化为离散幅值，最后通过编码步骤，将量化电平变为逻辑代码。
速度、精度、功耗是 ADC 性能最直观的体现。在实际芯片设计中，这三方面性能往往相互制约，需要在设计时对三种指标进行折衷，牺牲某些方面来突出其他方面。ADC 速度指采样速率 Fs（单位是每秒采样次数）；精度可以用 SNDR 来描述，理想状况下，ADC 的位数越高，往往就会有更高的精度。在低速高精度的应用场景中，增量 delta sigma 较为合适。在中等采样率和采样精度的应用场景下，delta sigma、SAR ADC应用较为广泛。在对采样率要求高，对精度要求稍低的应用场景下，流水线（Pipeline）和 FLASH ADC 较为合适。
全球来看 ADI 技术实力最强，国内还没有厂商能够提供性能和产能达标的产品，SIGMA DELTA ADC 相对更容易突破。
不同ADC都有各自的优缺点和适应场合，在选用 ADC 时,主要需考虑应用的精度、速度等核心指标,也要考虑输入信号的形式单端或差动输入)、输入信号范围、输入通道类型和数量、工作电源、内部基准、激励源等多种具体功能上的差异。
2022年全球ADC市场规模为33.75亿美元，Futuremarket预测2022~2032 10年复合增长率为5.5%，预计到2032年规模增长至57.62亿美元；
从具体产品类型占比看，Pipeline ADC受益于4G/5G设备应用占比从2019年的33%提升至44%；
从区域划分看，2022年北美占比约34.5%，欧洲占比大约为21.1%，亚太地区大约30%；供应商还是以海外的ADI和TI为主；
根据新思界产业研究中心统计，2018 年市场份额分别被亚德诺（ADI）、德州仪器（TI）、美信（MAXIM）、微芯（MICROCHIP）等国外企业垄断，其中，ADI 市占率约为 58%，TI 占比约为 25%，MAXIM 占 7%，MICROCHIP 占 3%，国内企业市占率较低。
DAC是数字信号到模拟信号的桥梁，是将二进制数字量形式的离散信号转换成以标准量为基准的模拟量的转换器，主要应用于通信、视频和音频等领域。DAC 由加权网络、开关网络、数字信号输入、参考基准电压、放大器构成，不仅仅是通信系统信号接收端的主要组成部分，也在家庭影院、车载音响、手机音频输出等领域发挥重要作用。具体而言：第一是高速DAC，主要被应用在射频领域，工作频率一般在几个 GHz 以上；第二是高精度 DAC，具有很高的分辨率，领先产品位数达到 20 以上，主要被应用在音频领域；第三是兼顾高精度和高速的 DAC，主要被应用在通信领域中。
据《应用于 DDS 的数模转换器的研究与芯片设计》报道，DAC 的基本架构可以分为三种：电压式、电荷式以及电流式结构。电压式架构由电阻、开关、译码电路以及跟随器构成，结构相对简单，但缺点是由于电阻用量多，在版图中面积占比大，使得芯片面积过大。此外，由于不同开关连接的节点内阻有差异，导致延时时间不同，限制了其在高速场景的应用。电荷式架构由开关、电容以及跟随器等构成，由于主要由电容构成（静态电流流通小），其精度及功耗较为优异。但是当位数增加后，充放电时间会随电容数量的增加而增加，导致其转换时间较慢，主要被应用于低功耗场景。
此外，电压和电容结构需要接运算放大器，对运放处理速度亦提出较高要求，对于电流式结构而言，主要分为二进制加权电阻结构、R-2R 结构以及电流舵结构。其中，电流舵结构是目前较为常见的 DAC 架构，具有非常高的速度、精度以及很小的面积，在高速高精度 DAC 中应用广泛。
技术壁垒较高，开发难度大：
√前期投入高昂：一款好的 ADC/DAC 芯片体现在高精度、低功耗、高转换效率等指标上，目前制造 ADC/DAC 芯片的温度传感器和高精度振荡器非常紧缺，也是影响国内 ADC/DAC 芯片生产的关键之一。对于初创企业而言，进军 ADC/DAC 芯片是巨大挑战，因为前期和中后期持续的研发投入需要资本市场的支持，而高昂的成本并不能保证 ADC 芯片的研发成功，所以资本市场之前一直不看好这块领域。
√性能要求严格：随着全球微电子工艺的进步，ADC/DAC 芯片在尺寸上越来越小；同时客户对芯片的耐用性需求逐渐提升，这要求芯片在选型上更加精确，这给芯片的通道选择、PGA选择、输出速率选择等增加了很大的难度。
√更新换代迅速：芯片产业遵循摩尔定律，集成电路上可容纳的元器件的数目，约每隔 18-24个月便会增加一倍，性能也将提升一倍，也就是每一美元所能买到的电脑性能，将每隔 18-24个月增加一倍。ADC/DAC 芯片产业比普通的芯片更新迭代更快，目前全球 ADC/DAC 芯片行业大致以 4-6 年为一个周期，更新的速度与宏观经济、下游应用需求及自身产能库存等因素密切相关，电子产品更新快，ADC/DAC 芯片性能必然也会随之快速更新。
√生产工序复杂：芯片制造涉及的工艺工序多达上千步。ADC/DAC 芯片相对普通芯片，生产的工序非常复杂。如果把研发普通芯片比作造飞机，那研发 ADC 芯片如同造航母。ADC/DAC芯片一般包含操作寄存器、中断寄存器、转换存储控制器，如在工艺制造过程中，ADC/DAC芯片有一个步骤需要消除 ADC 发泡剂工序产生的酸雾和杂质，这样才能保住转换信号的精度。在制造上，芯片制造对机器和环境的要求颇高。
#模拟芯片#
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