5G、汽车带来ADC新蓝海市场，国内外玩家持续向高速高精度突破

 电子发烧友网报道（文/刘静）ADC是信号链中规模最大且技术难度最高的芯片之一，在我国半导体发展初期少有厂商入手研发这类芯片。而且在上世纪90年代，国外厂商便早早通过《瓦森纳协定》限制精度超过8位且速度超过10Msps的高端ADC出口到中国。
 
ADC也称为模数转换器，主要功能是将自然界的温度、压力、声音、图像等模拟信号转换成MCU、CPU或DSP可识别处理的数字信号。做好一颗ADC芯片，最关键的难度在于如何平衡采样速率和转换精度这两大此消彼长的参数。由此ADC芯片也主要分为高速高精度、低速高精度、高速低精度以及低速低精度四种类型。
 
ADC的应用范围非常广，用量比较大的是军工、通信、汽车、工业等领域。现在通信领域的ADC需求增长主要来自5G基站建设，而汽车领域则主要来自激光雷达、电池AFE等，这两大主要应用市场近年都在快速增长，未来发展前景广阔。根据Statista的数据，2022年全球ADC芯片市场规模约为29.3亿美元，中国约占35%-40%左右，市场规模约在73亿元到84亿元之间。5年后国内ADC芯片市场预计突破百亿规模。

 
ADI一年推出十几款ADC新品，TI持续突破精度、速度极限
 
ADC技术含量较高，市场竞争相对激烈。目前全球ADC市场主要被以美国公司TI、ADI为首的几家国外大厂所垄断，它们产品价格通常较高，供货周期较长。国内中高端衡器早期使用的ADC芯片都是主要向ADI、TI采购。国内ADC芯片市场，ADI和TI两家的产品吃掉约95%的份额，其中ADI一家就抢走56%的市场份额。
 
ADI最早在1978年推出了第一款利用Bipolar工艺实现的完整ADC芯片，这标志着ADI开始正式进入ADC芯片领域。据了解，当时这款产品主要是面向视频处理应用，采用了高速并行比较型结构设计。进入二十世纪90年代后，无线通信设施逐渐普及，ADI顺应这一趋势，推出了多款适用于无线通信领域的ADC芯片。之后，ADI的ADC芯片又拓展了汽车电子、测量测试设备以及工业自动化等多个领域。在行业内，ADI出货规模较大的代表性产品有AD12401、AD7760、ADS5400和ADS1281等，这些ADC产品在转换速度、转换精度、信噪比、低功耗等关键指标上都达到了行业领先水平。
 
ADI官网显示，其在过去的2023一整年，新推出了13款ADC模数转换器新品，包括8通道、4通道、集成PGA的24位ADC芯片ADFS7124-8、ADFS7124-4；16位/14位/12位的SAR ADC芯片AD7386-4、AD7388-4；伪差分输入、四通道、4MSPS同步采样的16位、14位SAR ADC芯片AD7383-4、AD7384-4等。从应用领域方面，ADI的这些ADC新品主要应用在测量、工业、仪器仪表、卫星、航空、雷达、电机控制等领域，新品在功耗、性能和功能等方面都有新突破和创新。
 
而TI的ADC芯片产品主打工业、汽车、医疗和通信应用市场。官网显示，目前TI的ADC产品采样速率最高为10.4Gsps（每秒104亿次采样）、分辨率最高32位。TI的代表性产品有ADS5400、ADS1281等。其中ADS1281是一款高精度ADC芯片，采用EA结构设计，具有高达31位的转换精度和4Ksps的采样速率，同时还具有优异的噪声和线性度性能，非常适用于精密测量和测试设备领域。
 
 
国产ADC芯片厂商奋起直追，2023年多家在汽车领域迎来新进展
 
国内ADC芯片玩家主要是科研院所和上市公司。其中科研院所主要有中电24所、中电55所、中电58所、中科院微电子所、吉芯科技等。科研院所主要是为研究军工、航空领域的高精度高速ADC芯片服务，它们也是在瓦森纳协定禁运后研发高端ADC芯片的先驱。
 
而上市公司中，研发ADC芯片的企业主要有矽力杰、圣邦股份、纳芯微、思瑞浦、芯海科技、晶华微、上海贝岭、杰华特、臻镭科技、智明达、振芯科技、成都华微等。还有一些初创的ADC芯片企业，比如智芯微、谷泰微、昆腾微、润石科技、领慧立芯、聚洵半导体、芯佰微、启英芯等。
 
ADC芯片市场上存在国内大部分企业偏向高速ADC芯片研发的问题。这或许跟消费电子等低端领域，对高速ADC芯片的需求较大、且研发难度较低有关。由于高精度ADC技术含量较高，国内从事该领域设计的企业较少，主要有芯海科技、上海贝岭等。
 
芯海科技
 
2007年，芯海科技在国内率先推出精度高达24位、有效位数21位的ADC芯片CS1242。2008年芯海科技便开始推出高精度ADC和MCU的SOC芯片CSU1200，创新性地把ADC和MCU集成在一起。在体重秤、体脂秤、温度计等应用领域，芯海科技的ADC产品大获成功。
 
2011年，芯海科技推出了24位高精度ADC芯片CS1232，在有效位数上芯海进一步提高至23.5位。2020年以来，芯海科技利用现有的内置高精度基准源的高精度ADC芯片和MCU芯片，短时间内又完成了包括红外额温枪的硬件、软件和算法的开发工作。
 
芯海科技官网显示，目前高精度ADC约有15个料号，最高转换精度为24位。2023年芯海科技重磅发布了一颗基于车规的SAR ADC新品CS1795X以及一颗面向工业、医疗和通信应用的16位SAR ADC芯片。
 
据了解，芯海科技新一代车规级高速高精度SAR ADC已经在2023年进入内部测试阶段，并导入了头部客户进行产品验证。车规级的高精度Sigma-Delta ADC芯片也已经流片。中报显示，2023年芯海科技也投入上千万开发工业PLC、电力自动化、医疗等场景的高精度ADC产品。
 
上海贝岭
 
上海贝岭的信号链芯片业务主要以高速高精度ADC/DAC产品为主，其该业务收入规模比芯海科技要高，2022年创造7.65亿元销售收入。上海贝岭的高速高精度ADC大多用于高端工业、医疗整机领域。2019年，上海贝岭的ADC产品进入工业和医疗设备用的模拟前端产品领域，第一代和第二代ADC产品在北斗导航、信号接收、医疗成像等领域实现小批量销售。目前，上海贝岭正进行第三代ADC产品研发。
 
上海贝岭高精度ADC产品在电力继保行业占据国产品牌第一的市场份额。上海贝岭表示，公司2023年高速ADC/DAC、高精度ADC/DAC新产品研发项目进展顺利。官网显示，截至目前上海贝岭高精度ADC有9个料号，最高精度达18位；高速ADC产品有15个料号，采样速率最快可达每秒125M。2023年上海贝岭推出一款16通道16位、1MS/s的ADC新品BL1088，具有88dBFS的高信噪比，以及低至-100dB的THD。
 
圣邦股份
 
圣邦股份在ADC芯片领域的发展历程可以追溯到公司成立之初，产品主打汽车、便携式设备、流程控制、电池监测系统和温度测量等应用市场。圣邦股份在ADC芯片技术方面持续进行创新。例如，圣邦2023年新推出的16位低功耗车规ADC新品 SGM58031Q，创新采用Δ-Σ架构设计，集成片上参考和振荡器，具有高精度和低功耗优势。而且这款产品已率先通过了AEC-Q100认证，显示出了圣邦股份ADC产品在汽车领域的深厚实力。
 
另外，圣邦股份还注重与其他领域的交叉融合，以提供更完整的解决方案。例如，圣邦股份将ADC芯片与MCU进行集成，推出了具有信号感知及处理能力的一站式解决方案，进一步拓展了ADC芯片的应用范围。芯海科技也主张将ADC和MCU集成到一起，这样可以缩小系统体积、降低功耗、提高数据处理速度。目前，圣邦股份在售的ADC产品共14个，采样速率最高200Ksps，精度最高16位。
 
思瑞浦
 
思瑞浦是国内率先设计出通用性转换器产品并进行商业化的企业之一。它已成功研发了流水线型ADC、逐次逼近型ADC、Sigma-Delta ADC等。思瑞浦将Sigma-Delta ADC技术运用于混合信号芯片，为5G基站的能耗监控与调节提供了实时数据，并成功进入中国通信设备龙头企业的供应链，突破了国外厂商的垄断。就国内水平而言，思瑞浦的ADC芯片是具有较高的技术水平和市场竞争力的。
 
在汽车电子领域，思瑞浦2023年也已经推出了TPC5120Q等产品。这款产品符合AEC-Q100 Grade 1工况要求的汽车级16通道12位SAR ADC，可应用于汽车BMS电池包的总电压和总电流检测、温度与湿度及其他传感器信号采集、供电电压监控等场景。思瑞浦官网显示，目前其有10款型号的高精度ADC产品，最高精度24位；一款高速ADC产品，采样速率为50Msps。
 
小结：
 
ADC芯片的设计难度确实大，但在梳理当中发现在国内，不管是上市公司，还是初创公司，加入研发这一高端芯片的参与者每年都有明显的增加。而且它们的产品都在持续迭代，不断向更高精度、更高速度、更低功耗方向靠近。在汽车应用领域，2023年圣邦股份、思瑞浦都推出了符合AEC-Q100认证的ADC新品，芯海科技的车规ADC芯片也已进入测试阶段。高端ADC芯片，我国厂商已从“不能做”跨上“成功研发”的新台阶。