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。