一、混合信號(hào)芯片具有高密度互聯(lián)等核心特點(diǎn)，是現(xiàn)代電子系統(tǒng)重要組成部分
集成電路依照電路類型可分為模擬芯片、數(shù)字芯片。模擬芯片主要用于處理模擬信號(hào)，可以分為信號(hào)鏈路和電源管理兩大類芯片。數(shù)字芯片主要用于處理數(shù)字信號(hào)，可分為微處理器、存儲(chǔ)器和邏輯芯片。在現(xiàn)代電子系統(tǒng)中，模擬信號(hào)與數(shù)字信號(hào)交互頻繁。模擬信號(hào)由于其連續(xù)性和波形特征，在傳感器、音頻和無(wú)線通信等領(lǐng)域具有獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)；而數(shù)字信號(hào)則靠其離散化和精準(zhǔn)性在計(jì)算、存儲(chǔ)和數(shù)據(jù)處理方面表現(xiàn)出色。
模擬芯片與數(shù)字芯片對(duì)比
| 項(xiàng)目 | 模擬集成電路 | 數(shù)字集成電路 |
| 處理信號(hào) | 連續(xù)函數(shù)形式的模擬信號(hào) | 價(jià)格低，穩(wěn)定 |
| 技術(shù)難度 | 設(shè)計(jì)門檻高，平均學(xué)習(xí)曲線 10-15 年 | 電腦輔助設(shè)計(jì)，平均學(xué)習(xí)曲線3-5 年 |
| 設(shè)計(jì)難點(diǎn) | 非理想效應(yīng)較多，需要扎實(shí)的多學(xué)科基礎(chǔ)知識(shí)和豐富的經(jīng)驗(yàn) | 芯片規(guī)模大，工具運(yùn)行時(shí)間長(zhǎng)，工藝要求復(fù)雜，需要多團(tuán)隊(duì)共同協(xié)作 |
| 工藝制程 | 目前業(yè)界仍大量使用0.18um/0.13um，部分工藝使用28nm | 按照摩爾定律的發(fā)展，使用最先進(jìn)的工藝，目前已達(dá)到 5- 7nm |
| 產(chǎn)品應(yīng)用 | 放大器、信號(hào)接口、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換、比較器、電源管理等 | CPU、微處理器、微控制器、數(shù)字信號(hào)處理單元、存儲(chǔ)器等 |
| 產(chǎn)品特點(diǎn) | 種類多 | 種類少 |
| 生命周期 | 一般 5 年以上 | 1-2 年 |
| 平均零售價(jià) | 價(jià)格低，穩(wěn)定 | 初期高，后期低 |
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混合信號(hào)芯片的出現(xiàn)旨在橋接這兩種信號(hào)類型，優(yōu)化系統(tǒng)性能并簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)復(fù)雜度。數(shù)?；旌闲酒前涯M和數(shù)字電路集成在單芯片上，能夠同時(shí)處理模擬信號(hào)和數(shù)字信號(hào)的芯片，主要目標(biāo)是將模擬電路的高保真度和數(shù)字電路的高效性結(jié)合起來(lái)，使得系統(tǒng)既能夠高效處理數(shù)字信號(hào)，又能精確地處理模擬信號(hào)，具有設(shè)計(jì)靈活、元件參數(shù)范圍寬、高密度互聯(lián)等技術(shù)特點(diǎn),主要包括 Interface、ADC/DAC、Data Switch 等。
混合信號(hào)芯片核心特點(diǎn)
| 技術(shù)挑戰(zhàn) | 詳情 |
| 設(shè)計(jì)靈活 | 混合集成電路的設(shè)計(jì)相對(duì)靈活，適合多品種小批量生產(chǎn)。 |
| 元件參數(shù)范圍寬 | 元件參數(shù)范圍寬、精度高、穩(wěn)定性好，能夠承受較高電壓和較大功率。 |
| 高密度互連 | 隨著多層布線結(jié)構(gòu)和通孔工藝技術(shù)的發(fā)展，混合集成電路的密度和可靠性不斷提高。 |
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二、多個(gè)關(guān)鍵領(lǐng)域應(yīng)用前景明朗，我國(guó)混合信號(hào)芯片行業(yè)增長(zhǎng)速度快于全球
根據(jù)觀研報(bào)告網(wǎng)發(fā)布的《中國(guó)混合信號(hào)芯片行業(yè)現(xiàn)狀深度研究與發(fā)展趨勢(shì)分析報(bào)告（2025-2032年）》顯示，混合信號(hào)芯片在多個(gè)關(guān)鍵領(lǐng)域的需求持續(xù)增長(zhǎng)。在消費(fèi)電子領(lǐng)域，混合信號(hào)芯片被廣泛應(yīng)用于智能穿戴設(shè)備、智能手機(jī)和智能音箱等產(chǎn)品中。在通信系統(tǒng)領(lǐng)域，混合信號(hào)芯片能夠處理數(shù)字基帶信號(hào)轉(zhuǎn)換和射頻信號(hào)處理，尤其適用于5G基站的建設(shè)。在汽車制造領(lǐng)域，混合信號(hào)芯片被應(yīng)用于駕駛輔助系統(tǒng)（ADAS）、車載娛樂系統(tǒng)和電池管理系統(tǒng)中，它不僅提高了車輛的安全性和舒適性，也為新能源汽車的關(guān)鍵技術(shù)提供支持，如車載SerDes芯片單車用量超30顆。
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隨著下游應(yīng)用需求增加，2024年我國(guó)混合信號(hào)芯片市場(chǎng)規(guī)模達(dá)到1334億元，占全球的比重達(dá)33.2%；2017-2024年我國(guó)混合信號(hào)芯片市場(chǎng)規(guī)模CAGR達(dá)9.90%，高于全球的9.30%。
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三、全球混合信號(hào)芯片市場(chǎng)由歐美頭部企業(yè)主導(dǎo)，國(guó)內(nèi)廠商逐漸站穩(wěn)腳跟
由于同時(shí)集成模擬和數(shù)字電路，混合信號(hào)芯片設(shè)計(jì)更復(fù)雜，具有技術(shù)難度大、定制化程度高的特點(diǎn)，與數(shù)字或模擬芯片相比，混合信號(hào)芯片開發(fā)成本高、設(shè)計(jì)周期長(zhǎng)，對(duì)開發(fā)人員的技術(shù)水平和項(xiàng)目經(jīng)驗(yàn)要求更高，因此具有較高的技術(shù)壁壘。
混合信號(hào)芯片技術(shù)壁壘
| 技術(shù)挑戰(zhàn) | 詳情 |
| 高精度信號(hào)轉(zhuǎn)換技術(shù) | 高精度信號(hào)轉(zhuǎn)換技術(shù)包括模數(shù)轉(zhuǎn)換技術(shù)以及數(shù)模轉(zhuǎn)換技術(shù)兩種。數(shù)模轉(zhuǎn)換是將模擬信號(hào)按照一定的采樣規(guī)則采集后進(jìn)行處理，將其轉(zhuǎn)化成相應(yīng)的數(shù)字信號(hào)。而模數(shù)轉(zhuǎn)換是將數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換為模擬信號(hào)。 |
| 模擬與數(shù)字電路融合技術(shù) | 模擬與數(shù)字電路融合技術(shù)主要包括以下三點(diǎn)：1）使用 CMOS 工藝：CMOS 技術(shù)既適合數(shù)字電路的高速開關(guān)，又可以滿足模擬電路對(duì)低功耗和高線性度的要求。2）射頻與高頻設(shè)計(jì)：對(duì)于需要處理射頻信號(hào)（RF）或高頻信號(hào)的混合信號(hào)電路，還需要特別注意信號(hào)完整性和電磁干擾（EMI）。設(shè)計(jì)人員在選擇器件和布局時(shí)，尤其要注意寄生效應(yīng)、電源噪聲的屏蔽、信號(hào)線的阻抗匹配等問題。3）時(shí)域與頻域仿真：時(shí)域仿真可以幫助設(shè)計(jì)師分析電路的瞬態(tài)響應(yīng)，頻域仿真則有助于分析電路的頻率響應(yīng)。通過(guò)時(shí)域/頻域仿真，設(shè)計(jì)師可以在設(shè)計(jì)初期就預(yù)見到電路的潛在問題，從而優(yōu)化設(shè)計(jì)。 |
| 低功耗設(shè)計(jì)技術(shù) | 在混合信號(hào)設(shè)計(jì)中，尤其是數(shù)字部分，功耗和速度常常需要權(quán)衡。在設(shè)計(jì)中，可以通過(guò)優(yōu)化時(shí)鐘頻率、調(diào)整器件尺寸、選擇合適的工藝節(jié)點(diǎn)等方式來(lái)平衡功耗和速度。 |
| 設(shè)計(jì)工具專業(yè)化 | 由于混合信號(hào)集成電路 (IC) 同時(shí)使用數(shù)字信號(hào)處理和模擬電路，其設(shè)計(jì)通常針對(duì)特定用途。其設(shè)計(jì)需要高水平的專業(yè)知識(shí)，并需要熟練運(yùn)用計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì) (CAD) 工具。此外，還存在一些專門的設(shè)計(jì)工具（例如混合信號(hào)模擬器）或描述語(yǔ)言（例如 VHDL -AMS）。 |
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基于過(guò)去長(zhǎng)久的技術(shù)投入、資金投入及客戶資源積累，全球混合信號(hào)芯片市場(chǎng)由歐美頭部企業(yè)主導(dǎo)，其中德州儀器、亞德諾、意法半導(dǎo)體等占據(jù)超 60.0%的市場(chǎng)份額。
混合信號(hào)芯片行業(yè)海外企業(yè)簡(jiǎn)介
| 企業(yè) | 業(yè)務(wù)介紹 |
| 德州儀器 | 德州儀器主要從事創(chuàng)新型數(shù)字信號(hào)處理與模擬電路方面的研究、制造和銷售，是全球最大的模擬芯片供應(yīng)商，其產(chǎn)品下游應(yīng)用涵蓋工業(yè)、汽車、消費(fèi)電子、通信等多個(gè)領(lǐng)域，其中工業(yè)、汽車兩大領(lǐng)域貢獻(xiàn)營(yíng)收比例最高。 |
| 亞德諾 | 亞德諾產(chǎn)品用于模擬信號(hào)和數(shù)字信號(hào)處理領(lǐng)域，業(yè)務(wù)主要覆蓋工業(yè)、通訊、汽車和消費(fèi)電子與醫(yī)療等行業(yè)領(lǐng)域。 |
| 英飛凌 | 英飛凌主要提供高能效、移動(dòng)性和安全性的半導(dǎo)體和系統(tǒng)解決方案，產(chǎn)品在模擬和混合信號(hào)、射頻、功率以及嵌入式控制裝置領(lǐng)域擁有技術(shù)優(yōu)勢(shì)，主要應(yīng)用于汽車、工業(yè)、通訊及消費(fèi)電子等領(lǐng)域。 |
| 恩智浦 | 恩智浦在模擬和混合信號(hào)芯片方面能提供模擬前端、模擬開關(guān)、模擬手表電機(jī)驅(qū)動(dòng)器、比較器等產(chǎn)品組合，主要服務(wù)于工業(yè)、通信和汽車領(lǐng)域。 |
| 意法半導(dǎo)體 | 意法半導(dǎo)體業(yè)務(wù)主要包括 ADG（汽車產(chǎn)品和分立器件）、AMS（模擬器件、MEMS、傳感器）及 MDG（微控制器和數(shù)字IC）等，業(yè)務(wù)內(nèi)容涵蓋數(shù)字模擬混合芯片設(shè)計(jì)，其產(chǎn)品主要應(yīng)用于汽車、電子設(shè)備及通信等領(lǐng)域。 |
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相比之下，國(guó)內(nèi)混合信號(hào)芯片起步較晚，廠商前期投入相對(duì)較低，發(fā)展階段與國(guó)外頭部企業(yè)相比差距較大。近年來(lái)，國(guó)內(nèi)企業(yè)如圣邦微電子、思瑞浦微電子等不斷崛起，通過(guò)自主創(chuàng)新和技術(shù)引進(jìn)縮小與國(guó)外企業(yè)的差距，并逐步在國(guó)內(nèi)中低端市場(chǎng)站穩(wěn)腳跟。根據(jù)數(shù)據(jù)，2024 年中國(guó)本土企業(yè)混合信號(hào)芯片市占率已達(dá) 30.0%，較 2023 年提高約 5 pct。
數(shù)據(jù)來(lái)源：觀研天下數(shù)據(jù)中心整理（zlj）
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