模拟时代狂奔的ADC

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％。

在我们生活中，大部分的信号都是模拟量，计算单元只认0和1的数字脉冲信号，为了实现数字系统对这些电模拟量的测量、运算和控制，就需要ADC在测量时进行精准的变换。

ADC的操作包括两步，第一步操作是按照香农－奈奎斯特采样定理对模拟信号进行采样，第二步操作就是把采样的模拟信号量化成数字信号。第一步操作中，我们通常用单位SPS（Sample Per Second）来描述ADC的采样速度，该数值越大表明采样速度越快。第二步操作中，通常用N－bit来表示数字信号代表的数值与模拟信号的真实数值之间的差距，该值越大表示变换后的数字信号越接近真实的信号。

当前ADC芯片的主要下游需求为通信设备领域（35％以上）、汽车电子（22％）、工业（20％）、消费电子（10％）。消费电子市场属于低端ADC芯片，而高端芯片的市场包括有线／无线通信、汽车电子、军工、工业、航空航天、医疗仪器等等。根据Databeans统计，高端ADC芯片的单价是低端ADC芯片的数倍，虽然高速率ADC占总出货量不到10％，但是占据行业接近50％的销售额。

最近两年支撑ADC芯片增长的主要驱动因素是5G、人工智能、物联网、汽车电子等新兴领域，其中5G和汽车电子领域所需的产品或技术对信号处理的速度、精度、噪音等需求都增长迅速，推动市场迎来迭代更新。

ADC在5G通信中的应用

5G与现有蜂窝通信协议存在显著区别。5G通信需要100MHz甚至400MHz的射频信道带宽，因此需要超高速ADC，理想的采样速率需要达到1－3GSPS的量级，一般采用pipeline型分辨率为14位的ADC来实现。随着模拟信号带宽要求越来越大，但转换精度要求基本保持不变，因此对于ADC芯片的设计要求越来越高。

伴随着我国积极推动移动通信基站的建设，4G到5G手机的大换代带动智能手机销量的同时也带动消费级DAC芯片市场需求攀升。5G通信下，手机终端需要160＋MSPS，12bit的ADC芯片，基站里面需要250MSPS－1GSPS，14－16bit的ADC芯片。参考中国联通5G／4G密度比，未来我国5G宏基站建设总数至少在800万台以上，并且单个5G基站的ADC芯片使用就高达两位数。以保守数据每个5G基站需要10个ADC芯片、每个芯片74元进行计算，5G基站建设带来至少69亿元的增量市场。

根据Insights数据显示，中国最大的电信运营商计划到2030年投资近411亿美元引进5G，这对高性能信号链模拟芯片（尤其是ADC芯片）提出了海量需求。预计到2024年我国消费级ADC芯片市场规模将达到130亿元。与此同时，以5G为基础的其他应用产品将进行技术迭代。

随着我国汽车产业也不断发展壮大和电子化程度的不断提升，ADC芯片被广泛地运用于汽车智能驾驶系统之中，汽车领域成为ADC芯片的新增量市场。

与工控类、消费级ADC不同，车规级ADC作为要求严格、门槛较高的应用领域需要进行一系列的可靠性以及安全性测试。例如：随着各组份的硬件和软件子系统变得越来越复杂，为了达到高水平的ASIL功能安全要求，需要ADC可提供诊断监控的系统来诊断监控机制和并行冗余电路的性能来显著降低故障率并提高故障检测的覆盖率。它们需要测量和识别与不同电源轨相关的潜在故障，检测不同电源的电压或电流消耗是否有任何异常以及系统温度是否有任何波动。

因此，随着车辆的自动化水平不断提高，一级供应商和原始设备制造商越来越需要上述提供诊断监控的ADC，用于实现其功能安全目标。

汽车电子产业整体呈现出稳步上升的趋势。根据前瞻产业研究院数据，2017年为5400亿元，与2016年相比增长17．6％，2017年到2022 年，中国汽车电子市场预计将以10．6％速度增长，增速超过全球。汽车电子市场的迅速扩大，必然将ADC推上消费热潮。

前期投入高昂：对于中国公司来说，想研发出一款高精度、低功耗、高转换效率的ADC芯片，如果没有数十年的积累和高昂的制造成本投入，则很难实现。此外，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。

性能要求严格：ADC分辨率和采样速率相互矛盾，当分辨率越高，需要采集、比较的数越多，相应的ADC芯片的架构越复杂，比较器越多，电路规模呈几何级增长，导致运行的时间越长，速度越慢。并且随着分辨率的提高，系统对噪声更加敏感，系统分辨率每提高一位，系统对噪声的敏感度就会提高一倍，外界的温度、湿度、电磁感应等因素都可能影响实际特性曲线，进而使ADC芯片测出来的数据失真，所以就要通过各种方法提前对噪声进行排除，需要用极其复杂的数学工具进行反复的模拟。

更新换代迅速：ADC／DAC芯片产业比普通的芯片更新迭代更快，行业大致以4－6年为一个周期，这就要求企业要在特定时间内完成产品，否则就会赶不上市场的节奏，并且每招募一位有相关经验的工程师，人力成本又非常高昂，让企业难以支撑。

生产工序复杂：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，制造ADC会采用到CMOS、GaAs HBT和SiGe BiCMOS工艺。高速ADC多为BiCMOS工艺制造，这些工艺主要被采用IDM模式的TI、ADI这些公司垄断。

市场需求分散：ADC的主要应用市场有军用和民用，其中军用市场产品需求小，但追求性能、稳定性和抗干扰，并且对功耗、噪声等及价格不太敏感，而在民用市场，性价比为王，对噪声，功耗要求极高，技术升级快和供应链响应快，两个生态链互补融合，企业难以两者兼顾。

从市场格局来看，国内ADC市场份额主要被亚德诺（ADI）、德州仪器（TI）、美信（MAXIM）、微芯（MICROCHIP）等国外企业所占据，这些欧美的大型模拟集成电路供应商采用IDM的经营模式，从芯片的设计、制造、封测到销售都自主可控，形成全产业链覆盖；可以在协同优化的同时，获取各环节的商业价值，中国企业想要加入并且有所发展具有较大的难度。

尽管发展的路径比较艰难，但国内厂商也依旧看重这个市场并纷纷开始寻求其他方法。

当今市场中常见的形式为将IP集成在SoC当中。

在消费电子领域，大多数厂商通过将ADC与MCU内核集成在一起。其中MCU厂商可以通过自研，或者通过购买相关IP或者Die来实现集成，晶圆厂和EDA公司也能提供部分ADC的IP，因此在消费级ADC，国内厂商已经占据重要地位。

上海贝岭：高速高精度ADC达到国内量产最高水平，参数达到ADI中端竞品水平，逐步实现国产替代。目前公司已经量产的ADC最高精度达到16bit，最高采样率达到125MSPS，实现了四通道，是国内已经量产ADC的最高水平。

圣邦股份：圣邦股份作为国产模拟芯片优质企业，从“信号链＋电源”持续拓展高性能运放、ADC、DAC市场。公司以研发为本，降低成本、提升产品结构。推出了一款电压输出型数模转换芯片（DAC） SGM5352 ，它16位精度、4通道，具有精度高、多通道、体积小等优点，很适宜用于光模块、信号发生器等产品。

思瑞浦：专注于信号链芯片，目前已拥有超过900款可供销售的产品型号。高速模数转换器具有8／10bit的分辨率，采样速率可达50MSPS，并且具有很高的线形精度。

华为海思：海思是国内规模最大的也是最神秘的芯片设计公司，据悉，华为从4G开始就规模采用自主设计的ADC／DAC，已达到仅落后ADI最新产品一代的水平，完全能满足5G产品高性能商用。

云芯微：ADC领域的明星公司，ADC产品速度在65MSPS－250MSPS，精度在12bit－16bit之间，部分产品达到美国出口管制的规格。公司创始人李云初博士在美国ADI及TI等公司从事高性能模拟电路产品设计超过10年，公司后来被振华电子收购。

迅芯微：该公司主攻超高速ADC，ADC产品速度包括2GSPS、10GSPS、30GSPS，精度在6bit－8bit之间。其中2GSPS，12bit和10GSPS，8bit都属于美国出口管控的规格之中。

灵矽微：成立于2018年06月，总部位于深圳，专注于研发?性能模拟数字转换器（ADC），拥有ADC架构、校准算法和电路模块三大核心创新技术。目前，公司开发的1GSPS8bit高速ADC产品已经成功流片，并获得激光雷达行业的数百万元客户订单。

类比半导体：核心团队主要来自行业领先的模拟设计公司TI和ADI，其ADC产品包括高精度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。

中电集团24所：是我国唯一的模拟集成电路专业研究所，是我国高性能模拟集成电路设计开发和生产的重要基地。主要产品有：ADC／DAC转换器、高性能放大器、射频集成电路、驱动器、电源以及汽车电子等，于2011年研制出了2GSPS、8bit的ADC，2018年研制出了5GSPS、10bit。

国产ADC芯片的市占率正在逐步提升，国产ADC芯片无法进入采购清单的僵局也正在被打破，供应商即将进入研发、盈利的‘滚雪球’模式。虽然我国的ADC芯片技术在高端领域离欧美等企业仍有差距，但是只要抓住国产化替代的契机，国内ADC芯片供应商一定可以打一场完美的翻身仗。