集成电路一般可分为数字集成电路和模拟集成电路。其中,数字集成电路约占集成电路市场的85%,模拟集成电路约占15%。两者的主要区别在于处理信号的类型和行业特点。数字集成电路是一种集成电路,对离散模拟信号(如用0和12个逻辑电平表示的二进制码)进行算术和逻辑操作。其基本组成单元是逻辑门电路,包括存储器(DRAM、Flash等)、逻辑电路(PLDs、门阵列、显示驱动器等)、微型元件(MPU、MCU、DSP)。
模拟集成电路主要是指由电阻、电容、晶体管等组成的模拟电路,用于处理连续函数模拟信号(如声音、温度、光线等)的集成电路,包括通用模拟电路(接口、能源管理、信号转换等)和特殊应用模拟电路。
模拟芯片主要包括电源管理芯片和信号链芯片,其中,电源管理芯片是在电子 设备系统中担负起对电能的变换、分配、检测及其他电能管理的职责的芯片, 主要分为AC-DC交直流转换、DC-DC直流和直流电压转换(适用于大压差)、 电压调节器(适用于小压差)、交流与直流稳压电源。电源管理芯片在不同产 品应用中发挥不同的电压、电流管理功能,需要针对不同下游应用采用不同的电路设计。当前,电源管理正往高速、高增益、高可靠性方向发展,发展电管理芯片是提高整机技能的重要方式。信号链芯片则是一个系统中信号从输入到输出的路径中使用的芯片,包括信号的采集、放大、传输、处理等功能。
图2:信号链与电源管理芯片
模拟芯片中因电子系统基本均需供电,因此电源管理芯片为主体,占模拟芯片 市场比例约为53%,电源管理用途广泛成熟,技术迭代较慢,壁垒相对较低, 因此国内布局广泛,布局企业包括圣邦股份、矽力杰、韦尔股份、富满电子、 中颖电子、全志科技、瑞芯微等;信号链芯片市场占比约为47%,国内布局企 业主要包括圣邦股份、华为海思等。
图3:模拟芯片市场分布
高护城河:区别数字芯片,模拟芯片依赖工艺经验
常见的数字IC通常包括CPU、微处理器、微控制器、数字信号处理单元、存 储器等,其设计大部分是通过使用硬件描述语言以基本逻辑门电路为单位在EDA软件的协助下自动综合产生,布图布线也是借助EDA软件自动生成。模拟IC则通常包括各种放大器、模拟开关、接口电路、无线及射频IC、数据转换芯片、各类电源管理及驱动芯片等,其设计主要是通过有经验的设计师进行晶体管级的电路设计和相应的版图设计与仿真。
1、模拟芯片具备产品种类复杂、依赖经验等特点
将模拟芯片与数字芯片对比,可以发现模拟芯片拥有产品种类复杂、产品生命 周期长、工艺制程要求低、设计工艺依赖经验等特点。
模拟芯片类型复杂,需要高知识产权制造技术的支持。模拟芯片使用的下游领域普遍,需求分散,可用于消费电子、汽车电子、工业控制医疗等。;数字芯片的下游需求主要集中在服务器和消费电子上。由于下游需求范围广,模拟芯片需要根据下游不同领域进行定制设计,定制芯片的作用与芯片制造技术相结合。国内大多数芯片制造商需要根据晶圆制造厂的标准技术进行芯片生产。目前,只有少数国内制造商有完善的独立模拟集成电路制造技术。
模拟芯片产品使用寿命长,价格相对较低。模拟芯片通常使用10年以上,寻找高可靠性、低失真、低功耗,由于使用时间长,产品价格低,数字芯片需要满足下游不断变化的需求,生命周期只有1-2年,平均成本高,价格高。
模拟芯片的工艺要求较低,工具有限。与数字芯片相比,模拟芯片的工艺落后,主要采用0.18um/0.13um。在工艺方面,模拟芯片采用BCD工艺,主要用于高压或大电流下的驱动元件,在高压下容易达到低失真、高信噪比的效果;数字芯片采用CMOS工艺追求高端工艺。商品强调计算速度和成本优化,用于5V以内的低压环境,并不断向低压发展。在工具使用方面,数字芯片设计的核心在于逻辑设计,可以通过软件模拟进行调整,EDA工具丰富;模拟芯片设计的核心在于电路原理,需要根据实际参数进行调整。可用的EDA工具有限,远低于数字芯片。
模拟芯片的设计过程依赖于人工经验的积累和长的研发周期。由于模拟芯片使用时间长,客户对产品特性要求非常严格,产品技术需要多年的经验积累;与数字芯片和组件相比,模拟芯片更紧密,应考虑组件布局的结构和组件参数匹配,设计师需要充分熟悉组件特点,具有完善的拓扑结构设计和布线能力,模拟芯片的设计非常依赖于员工积累的经验。此外,数字芯片设计一般为大型团队作战,研发周期短;模拟芯片一般为小团队作战,研发周期长。
图4:模拟芯片产品研发过程