（报告出品方/作者：国泰君安证券，王聪、郭航）

1. 模拟芯片：细分品类多，周期性较弱

1.1. 简介：模拟信号产生、放大及处理的核心器件

集成电路可以简要分为数字 IC 和模拟 IC 两大类。 模拟集成电路指由电阻、电容、晶体管等组成的用来处理连续函数形式 模拟信号的集成电路。现实世界中的声音、光线、温度、压力等信息通 过传感器处理后形成的电信号就是模拟信号，其幅度随时间连续变化。 模拟芯片种类繁多，在当前的电子产品中几乎都有其身影，被广泛应用 在消费电子、汽车、工业、5G 等领域。 与模拟芯片相对应的是数字集成电路，后者主要对离散的数字信号（0 和 1）进行存储和逻辑运算。

500 亿美金以上规模，大陆需求占比高。2020 年全球集成电路市场规模达到 3482 亿美元，其中模拟 IC 市场 规模约 570 亿美元，占据 16%的份额。从区域分布情况看，中国大陆是 最大的模拟芯片市场，2020 年约为全球的 36%，市场有近 205 亿美元的 规模。 按照定制化程度划分，模拟芯片可以分为专用型芯片（ASSP）和通用型 芯片。据 IDC 数据，专用型芯片占据模拟芯片市场 5 成左右。

顾名思义， 专用型芯片的定制化程度更高，需要根据客户需求和特定电子系统对产 品的参数、性能、尺寸进行特殊设计，相比于通用型模拟 IC 具有设计壁 垒较高、毛利率也更佳的特点。 对于专用型模拟芯片的划分通常依据其下游应用领域，包含通信、消费 电子、汽车、工业等，其中每个领域又可进一步细化为线性产品、电源 管理产品、接口产品等，以射频前端模块为代表的射频器件就属于典型 的专用型模拟 IC，占到专用芯片比重高。通用型芯片则属于标准化产品， 适用于各种各样的电子系统，生命周期更长。设计壁垒相比于专用型芯 片较低，但产品细分品类多、不同厂家间的可替代性强、客户相对分散。

从应用角度看，模拟芯片也可分为信号链路和电源管理两大类。其中电 源管理芯片市场规模大于通用信号链路芯片。

1.1.1. 信号链

信号链：信号链路是指一个系统中信号从输入到输出的路径，主要针对 模拟信号完成收发、转换、放大、过滤等功能。 信号链模拟芯片主要包括：线性产品、转换器、接口、隔离器、RF 与微 波等。 一条完整的信号链是指将自然界的声、光、电等连续信息通过采集（传 感器）、处理（放大、缩小、滤波）、模拟/数字转换（ADC）转变为数字信号，经过系统处理（微处理器）后再转换为模拟信号（DAC）输出的 整个过程。

线性产品规模大，转换器产品增速快。从信号链芯片细分产品来看，2019 年放大器和比较器占据最大份额 39%，市场空间约为 37 亿美金，此前 增速也快于转换器、接口两大类产品（市场空间分别约为 36 和 25 亿美 金）。但 IC Insights 预测在 2021-2023 年间，转化器产品的年均复合增速 接近 9%，远高于放大器和比较器约 5%的提升速度，预计到 2023 年转 换器产品将占据信号链细分市场约 41%，取代放大器和比较器成为最大 份额产品。

1.1.1.1. 线性产品

运算放大器是线性产品的基本构建模块之一。运放在其信号处理范围内， 通常可以认为是线性器件，即增益不随信号的幅度变化而变化。运放可 以结合外部电路器件实现信号的放大、求和、微分以及积分等数学运算。 若再搭配晶体管等有源器件，可被设计成数模转换器、模数转换器、调 制器、开关电容滤波器等多种核心信号链模块。

根据《高增益低失调轨对轨运算放大器的研究与设计》，运放可根据其制 造工艺、输入输出信号类型以及性能指标等多个方面进行分类。根据制 造工艺的不同，运放可以分为 CMOS 运放、BJT 运放以及 BiCMOS 运 放；根据性能指标的不同侧重，运放可以被划分为低功耗运放、高增益 运放、高速运放以及精密运放等，从而满足不同场合的应用要求；根据 输入输出信号的类型，运放可被划分为运算放大器、跨导运放、电流运 放等。

1.1.1.2. 转换器

转换器主要包括 ADC（模数转换）和 DAC（数模转换）。转换器作为连 接模拟世界和数字信号处理的桥梁，在信号链中有着十分重要的地位。 按照功能划分，转换器主要分为 ADC 和 DAC 两种，其中 ADC 应用场 景更加广泛。此外，市场对高速 ADC、DAC 的需求快速 增长，2018 年，仅占 6%出货量的高速数据转换器，创造了近 50%的销 售额。

ADC 产品应用十分广泛。ADC 是物理与数字世界的重要媒介，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，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。

DAC是数字信号到模拟信号的桥梁，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。

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。

1.1.1.3. 接口

接口类产品主要包括隔离器、收发器、数据缓冲器等，是电路间连接的 桥梁。

隔离器用于提升系统安全性，其中数字隔离器应用较为广泛。隔离器主 要使两系统具有高的电阻隔离特性，避免电路在互相通信时受损，其中 数字隔离器应用较为广泛。

光耦占比高，数字隔离器快速增长，2024 年超过 7 亿美金。

下游应用看，数字隔离芯片主要应用于信息通讯、电力自动化、工厂自 动化、工业测量、汽车车体通讯、仪器仪表和航天航空等场景。根据 Markets and Markets 的 数据，2020 年数字隔离类芯片在工业领域占比达 28.58%，汽车电子占 比达 16.84%，通信领域占比达 14.11%位列第三名。2026 年工业领域、 汽车电子领域和通信领域将分别占比 28.80%、16.79%和 14.31%。

多路复用器（MULTIPLEXER，也称为数据选择器）是一种通过将数据 从多个输入行/流路由到一个输出行/流来将并行数据转换为串行数据的 设备。多路复用器可使系统减小成本、降低复杂性、减少布线的使用和 资源的共享。

收发器产品种类众多。按照协议可划分为 CAN、LIN、RS-485（符合 TIA/EIA 485，常用的多点系统通信接口标准之一）、RS-232（常用的串 行通信接口标准之一）等系列，其中 CAN 和 LIN 在车载电子中应用广 泛。相比于 CAN 总线（传输速度快、成本较高，用于发动机管理等重要 环节），LIN 总线是一种低成本的方案，目标定位于车身网络模块节点间 的低端通信，主要负责智能传感器及执行器的串行通信，如座位、车窗、 方向盘、大灯、车锁等。

1.1.2. 电源链

电源管理芯片市场较信号链更大。根据 Frost&Sullivan 统计，2020 年全 球电源管理芯片市场规模约 328.8 亿美元，2016-2020 年 CAGR 为 13.52%。随 5G 通信、新能源汽车等市场发展，电子设备数量及种类持 续增长，带动电源管理芯片需求增长。国内来看，2020 年中国电源管理 芯片市场规模约 800 亿元人民币，占据全球约 36%市场份额。预计 2020 年至 2025 年，中国电源管理芯片市场规模 CAGR 为 14.7%， 2025 年 将达到 234.5 亿美元的市场规模。

电源链产品主要包括：AC/DC、DC/DC、电池管理、驱动芯片等。针对 电子产品各部分正常工作电压不同，电源管理芯片对电池输出的固定电 压进行升降压、稳压处理后，使其达到期望的电压值，以满足各个模块 的供电需要。电源芯片根据应用场景差异，可单独使用或与外部电子元 器件组合成模块从而实现电源转换的功能。

电源管理方案从分立向集中式演进。随着技术的发展，下游电子设备对 于效率以及体积的要求不断提升，目前电源管理方案也在不断升级，集 成度不断提升。

1.1.2.1. DC/DC

DC/DC 模块：DCDC模块包括的模拟 IC种类主要为 DC/DC开关电源、 线性电源（主要是 LDO）以及用于调制的 PWM、PFM、PFC 等。目前存 在的 DCDC 电源芯片主要包含两种：一是线性电源，主要包括低压差线 性稳压器（LDO）等；二是开关电源。其 中，LDO 主要被应用于降压稳压、输入电源隔离、滤波等。开关电源主 要被应用于工作电压转换、隔离以及降噪等，相比于 LDO 其电路更加 复杂，成本也相应更高。

综合来 看，DCDC 产品市 场规 模有望 达到 76.7 亿美金 （开 关 DCDC+LDO）。线性稳压器来看，2020 年市场空间为 27.13 亿美元，预计到 2026 年， 市场规模有望达到 31.78 亿美金。 LDO 电路结构较为简单。运放会持续比较电路的输出电压与参考电压，并实时 调节 MOSFET 的栅极电压，从而实现稳定的输出电压。

开关电源可以分为隔离式和非隔离式。根据变压方式，开关电源可以被 分为隔离式和非隔离式，其中非隔离式 DCDC 电源转换效率更高，体积 小，复杂度较低，基本拓扑主要包括降压（buck）、升压（boost）以及升 降压型（buck-boost）等。隔离式 DCDC 电源通过变压器来实现电压的 升降，抗干扰能力更强，安全性也更高，但通常体积较大，成本较高。

PFC 控制在开关电源中用以提高功率因数。功率因数（PF）指的是有效 功率与总耗电量的比值，用以衡量电能被利用的效率。功率因数越大， 表示电能利用率高。PFC 控制器通过对输入电流波形进行调制，减小电 流谐波并减小输入电压与基波电流的相位差，提升 PF 值。在开关电源 DCDC 中，PFC 控制器主要用以调节电流和电压之间的相位差，减少功 率损失。

相比有源 PFC，无源 PFC 调制效果更佳。

DC/DC 开关电源调制主要包括 PWM 和 PFM，由 PWM、PFM 或 PWM/PFM 控制器来实现。DCDC 开关电源中核心功率开关器件的调制 方式而言，常采用以下三种方式：1、脉冲宽度调试（PWM）；2、脉冲 频率调制（PFM）；3、混合脉冲调制（PWM/PFM）。在不同应用中，要 针对系统设计的要求，采用相应的脉冲调制方式，由 PWM、PFM 或 PWM/PFM 控制器来实现该功能。

PWM 方式：反馈电压与基准电压闭环负反馈调节，对 PWM 脉冲占空比进行调控，进而实现对系统输出电 压的控制。 PFM 方式：当系统轻载时，PWM 功耗大，为弥补 PWM 不足，PFM 被 提出。PFM 调制方式有二：1、保持脉冲高电平时间恒定，调节低电平 持续时间，来改变脉冲频率；2、保持脉冲低电平时间恒定，调节高电平 的持续时间，来改变脉冲频率。 PWM/PFM 混合模式：该模式可以理解为是 PWM 和 PFM 的融合，即 开关电源的脉冲宽度和频率均可以改变。