世界模擬器件穩健發(fā)展

　　我們生活在真實(shí)的模擬世界，凡眼所見(jiàn)、耳所聞、手所及的事物，無(wú)一不是模擬的；自然界的音、光、溫度、壓力等自然現象，也無(wú)一不是模擬的。今天，當我們要將這些信息保存、傳輸或處理的時(shí)候，為了達到簡(jiǎn)便和完美，把它們轉換成數字的方式，變成了無(wú)意義的電子信號或記錄軌跡。但是，當這些電子信號最終實(shí)用時(shí)，又不得不把它們通過(guò)各種處理轉換和輸出，不管是聲音、音像或文字，重新變成為親切有意義的模擬信號。

　　這轉過(guò)去、變回來(lái)的過(guò)程中，兩端所使用的電子器件，便是模擬器件（analog device,也常用analog或linear IC）。

　　模擬器件一般分為標準模擬（線(xiàn)性）器件（standard linear device）和混合信號（mixed signal device）兩大類(lèi)，后者也稱(chēng)模擬專(zhuān)用標準產(chǎn)品（analog ASSP）的。

　　標準模擬器件又分為4種

　?。?）放大器（amplifier）＿＿是一種模擬信號處理器件（集成電路），提供電壓放大、電流放大或阻抗匹配。具體產(chǎn)品有驅動(dòng)揚聲器的音頻功率放大器，驅動(dòng)馬達的功率放大器，驅動(dòng)顯示器的顯示器驅動(dòng)器/放大器以及放大傳感器信號的運算放大器等，還有移動(dòng)電話(huà)和無(wú)線(xiàn)局域網(wǎng)、全球定位系統等使用的射頻（RF）放大器。RF放大器已有采用GeSi BiCMOS先進(jìn)工藝的，并開(kāi)發(fā)出了收發(fā)信號轉換用的開(kāi)關(guān)放大器。一般比較器（comparater）也常歸入此類(lèi)。

　?。?）數據轉換器（data converter）____在模擬信號和數字字之間進(jìn)行轉換，對DSP或任何模擬信號數字域處理具有重大意義。一般包括模數轉換器（A/D converter）和數模轉換器（D/A converter）。它們正不斷向著(zhù)低電壓和高速化發(fā)展。閃存、多工轉換器和內置可編程增益放大器的高分辨率模數轉換器正走向集成化。

　?。?）電源電路（power IC），也有稱(chēng)穩壓器（voltage regulator）甚至電源管理器件（power management IC）的＿＿它對具有不同輸入電壓和負載的電子元部件提供穩定的電壓。產(chǎn)品包括穩壓器和基準電壓電路等，除了向多電源化、系統電源化和具有電源管理的智能電源化發(fā)展外，電源電路本身也正走向小型化和低功耗化。

　?。?）接口電路（interface circuit）＿＿連接數字器件和外圍設備，主要是各類(lèi)驅動(dòng)器，有線(xiàn)路驅動(dòng)器以及外設、顯示器和設備驅動(dòng)器等，也用于低壓差分信號傳輸（LVDS）、通用串行總線(xiàn)（USB）和IEEE　1394等接口。

　　混合信號器件則是以應用區分的，包括：①消費用電路，②計算機及外設，③通信，④汽車(chē)，⑤工業(yè)等。

　　據iSuppli市場(chǎng)調研公司統計，2002年世界集成電路市場(chǎng)上各類(lèi)產(chǎn)品所占份額如下圖所示：

圖1　世界集成電路市場(chǎng)各產(chǎn)品比重

數字電路

模擬器件

標準模擬器件

放大器

數據轉換器

電源電路

接口電路

混合信號電路

80%　20%　6%　22%　16%　41%　21%　14%

市場(chǎng)

　　模擬器件市場(chǎng)最大的特點(diǎn)是隨著(zhù)整個(gè)半導體市場(chǎng)同步發(fā)展，據iSuppli市場(chǎng)調研公司報道，30年來(lái)模擬器件一直保持著(zhù)20%的市場(chǎng)份額。近年出現的新需求，尤其是電源管理電路的發(fā)展，使模擬器件在半導體業(yè)中依然保持著(zhù)主流的地位。此外，按照WSTS的統計數據，從上世紀90年代10多年以來(lái)，模擬器件所占半導體的份額已稍降到15%左右。從表1可以推算出，1991~2004年世界半導體市場(chǎng)的年均增長(cháng)率為11%，同期模擬器件的年均增長(cháng)率為10.5%，基本保持同步。但這期間

表1　世界模擬電路市場(chǎng)的發(fā)展

　　　?。▎挝唬簝|美元）

資料：WSTS

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　　世界半導體業(yè)曾兩遇挫折，1995~96年下降9%，2000~01年更大幅滑落32%，同年模擬器件雖也跟著(zhù)下跌了24%（低了8個(gè)百分點(diǎn)），而在1995~96年間更未跌反升，略升2.4%?？梢?jiàn)，模擬器件的發(fā)展，比整個(gè)半導體業(yè)平穩健康。

　　展望未來(lái)，據Databeans預測，2003~09年間世界模擬器市場(chǎng)將以每年增長(cháng)12%的速度發(fā)展，屆時(shí)將達550億美元（圖2）。同時(shí)，據Semico Research公司預測，同期世界半導體市場(chǎng)將從1664億美元增長(cháng)到3240億美元，年均增長(cháng)率11.7%，略低于模擬器件市場(chǎng)（表2），依然基本保持同步。世界模擬器件市

表2　世界半導體市場(chǎng)的發(fā)展

圖2　世界模擬器件市場(chǎng)

　　場(chǎng)若與單項數字芯片微處理器相比，則將自2004年起超過(guò)后者，并將逐漸拉大差距（圖3）

圖3　模擬器件將超越微處理器

資料：104.11

　　據報道，世界標準模擬器件大約占整個(gè)模擬器件市場(chǎng)的30%，其各類(lèi)產(chǎn)品的銷(xiāo)售值及其發(fā)展如表3所示。5類(lèi)產(chǎn)品中，電源用電路不僅所居比重最大（2003年占40%），今后幾年發(fā)展也最快，2004~09年間的年均增長(cháng)率達15%，屆時(shí)將是唯一超過(guò)百億美元的產(chǎn)品。預計2009年銷(xiāo)售值108億美元，占模擬器件銷(xiāo)售總額的48%，已提高了近8個(gè)百分點(diǎn)，幾占一半。同期其余各項產(chǎn)品除數據轉換器的地位微有提升外（從19%稍增到20%），其余各產(chǎn)品都分別有所下降。

表3　世界標準模擬器件市場(chǎng)?。▎挝唬簝|美元）

廠(chǎng)商和應用

　　盡管模擬器件并不要求像大多數字電路那樣的現代化圓片加工工藝，但產(chǎn)品卻特別需要多種取向和加工技巧。同時(shí)，模擬器件壽命同期較長(cháng)，且多數產(chǎn)品市場(chǎng)較小，要求多品種生產(chǎn)。

　　模擬器件生產(chǎn)比較集中，據Databean市場(chǎng)調研公司統計，2003~04年間世界10大公司都取得優(yōu)良業(yè)績(jì)，多數公司增長(cháng)率超過(guò)20%，個(gè)別甚至超過(guò)了50%。兩年內TI公司都榮居榜首，其次是ST公司，也只有這2家公司的市場(chǎng)占有率超過(guò)10%，合計共占27%，接近三分之一（表4）。其余8家公司的占有率都不到10%，10大公司的合計占有率占全體市場(chǎng)的67%。

表4　世界10大模擬器件公司

（單位：億美元）

　　TI公司模擬器件生產(chǎn)涵蓋所有產(chǎn)品，采取多元化發(fā)展戰略，無(wú)論在標準模擬器件和混合信號電路市場(chǎng)上公司都占有重要地位，接口電路幾占市場(chǎng)半壁江山，放大器和電源電路也占有相當比重。ST公司的優(yōu)勢在混合信號電路，尤其在汽車(chē)、計算機和移動(dòng)通信應用方面首屈一指。在標準模擬器件方面略遜TI公司一籌。Infineon公司沒(méi)有標準模擬器件生產(chǎn)，產(chǎn)品集中在混合信號電路，在有線(xiàn)/無(wú)線(xiàn)通信方面具有較強實(shí)力，汽車(chē)用產(chǎn)品及分立電源晶體管也都是公司的強勢產(chǎn)品。公司模擬器件營(yíng)收只占其半導體全部營(yíng)收的三分之一，是10大模擬器件所占比重較小的一家。Philips公司模擬器件所占比重和Infineon相仿，產(chǎn)品主打混合信號電路，在消費類(lèi)及汽車(chē)用產(chǎn)品方面實(shí)力較強，標準模擬器件雖各類(lèi)產(chǎn)品都有生產(chǎn)，但市場(chǎng)份額很小。

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　　AD公司的模擬器件占有公司半導體營(yíng)收70%以上。AD公司主理標準模擬器件生產(chǎn)，數據轉換器和放大器占有較大市場(chǎng)份額，混合信號電路縱有生產(chǎn)，但除計算機應用產(chǎn)品較好外，其余產(chǎn)品市場(chǎng)份額均極小。NS深耕標準模擬器件，公司半導體營(yíng)收主要依靠電源電路和放大器，混合信號電路雖也占有相當比重，但除消費產(chǎn)品應用產(chǎn)品之外，比例都不大。Maxim公司的模擬器件所占公司營(yíng)收比重逐年提高，現已占到85%。電源電路和接口電路是公司的拳頭產(chǎn)品，混合信號電路則以工業(yè)應用產(chǎn)品為主。Freescale公司的強勢在汽車(chē)、移動(dòng)通信以及工業(yè)用混合信號電路，標準模擬器件僅有少量放大器生產(chǎn)。

　　模擬器件應用廣泛，遍及許多領(lǐng)域（圖4），具體分析，應用以通信為主，其次是消費產(chǎn)品和汽車(chē)，這種格局到2009年也不會(huì )有什么變化（圖5），地區市場(chǎng)則以亞洲最為重要（圖6）

小結

　　我們生活在模擬世界，過(guò)去的電子設備也都是模擬的，根本用不著(zhù)什么模數和數模的轉換等技術(shù)。隨著(zhù)電子產(chǎn)品數字化時(shí)代的到來(lái)，才出現了上述的技術(shù)需求。事實(shí)上，數字產(chǎn)品離不開(kāi)模擬產(chǎn)品的配合，有統計表明，電子產(chǎn)品上每投入1美元MCU，便需要1.5美元的模擬產(chǎn)品來(lái)作為外圍支持，正是數字產(chǎn)品成為模擬產(chǎn)品的主要驅動(dòng)力，模擬產(chǎn)品隨著(zhù)數字產(chǎn)品的發(fā)展而發(fā)展，直到永遠。

　　當今模擬器件的技術(shù)發(fā)展方向可歸納為“三升三降”＿＿速度、精度和效率的上升；功耗、尺寸和外圍元件數的下降。模擬器件的技術(shù)發(fā)展落后于數字技術(shù)，兩者之間的技術(shù)差距至少一年，因而把數字電路和模擬電路集成到一起還很困難，顧此失彼，即使搞成集成，也只能有所側重，無(wú)法使兩者都達到最優(yōu)化。

　　在產(chǎn)品設計中，數字電路往往處于核心地位，重數輕模思想在設計人員中普遍存在。對于模擬器件的設計，盡管Cadence、Metor　Graphics和Synopsys也開(kāi)發(fā)出了一些自動(dòng)化設計或仿真技術(shù)，但主要還是依靠人的經(jīng)驗，這成為模擬設計進(jìn)步的最大瓶頸。有人說(shuō)，智能化只展現在數字電路部分，而模電路設計所特別關(guān)心的依然是如何消除失真、怎樣對付噪聲和降低功耗等，依舊是那么傳統，那么本色。還有人說(shuō)，數字電路設計需要的是個(gè)人天才，模擬電路設計則追捧個(gè)人技藝，前者是數字老手，后者則是電子技術(shù)行家。因而，要發(fā)展模擬器件工業(yè)，首先便要網(wǎng)羅包括培養適用的技術(shù)人才。

鏈接

圖1　世界放大器的應用

圖2　世界放大器的地區市場(chǎng)

圖3　世界數據轉換器的應用

圖4　世界數據轉換器的地區市場(chǎng)

圖5　世界電源管理器件市場(chǎng)

圖6　世界電源管理器件的地區市場(chǎng)

表1　世界放大器產(chǎn)品的發(fā)展

表2　世界最大5家放大器公司

表3　世界最大數據轉換器公司

表4　世界最大能源管理器件公司

（TI公司提供）