ADC用于將真實(shí)世界產(chǎn)生的模擬信號(hào)（如溫度、壓力、聲音、指紋或者圖像等）轉(zhuǎn)換成更容易處理的數(shù)字形式。DAC的作用恰恰相反，它將數(shù)字信號(hào)調(diào)制成模擬信號(hào)；其中 ADC 在兩者的總需求中占比接近80％。
在我們生活中，大部分的信號(hào)都是模擬量，計(jì)算單元只認(rèn)0和1的數(shù)字脈沖信號(hào)，為了實(shí)現(xiàn)數(shù)字系統(tǒng)對(duì)這些電模擬量的測(cè)量、運(yùn)算和控制，就需要ADC在測(cè)量時(shí)進(jìn)行精準(zhǔn)的變換。
ADC的操作包括兩步，第一步操作是按照香農(nóng)－奈奎斯特采樣定理對(duì)模擬信號(hào)進(jìn)行采樣，第二步操作就是把采樣的模擬信號(hào)量化成數(shù)字信號(hào)。第一步操作中，我們通常用單位SPS（Sample Per Second）來描述ADC的采樣速度，該數(shù)值越大表明采樣速度越快。第二步操作中，通常用N－bit來表示數(shù)字信號(hào)代表的數(shù)值與模擬信號(hào)的真實(shí)數(shù)值之間的差距，該值越大表示變換后的數(shù)字信號(hào)越接近真實(shí)的信號(hào)。
當(dāng)前ADC芯片的主要下游需求為通信設(shè)備領(lǐng)域（35％以上）、汽車電子（22％）、工業(yè)（20％）、消費(fèi)電子（10％）。消費(fèi)電子市場(chǎng)屬于低端ADC芯片，而高端芯片的市場(chǎng)包括有線／無線通信、汽車電子、軍工、工業(yè)、航空航天、醫(yī)療儀器等等。根據(jù)Databeans統(tǒng)計(jì)，高端ADC芯片的單價(jià)是低端ADC芯片的數(shù)倍，雖然高速率ADC占總出貨量不到10％，但是占據(jù)行業(yè)接近50％的銷售額。
最近兩年支撐ADC芯片增長(zhǎng)的主要驅(qū)動(dòng)因素是5G、人工智能、物聯(lián)網(wǎng)、汽車電子等新興領(lǐng)域，其中5G和汽車電子領(lǐng)域所需的產(chǎn)品或技術(shù)對(duì)信號(hào)處理的速度、精度、噪音等需求都增長(zhǎng)迅速，推動(dòng)市場(chǎng)迎來迭代更新。
ADC在5G通信中的應(yīng)用
5G與現(xiàn)有蜂窩通信協(xié)議存在顯著區(qū)別。5G通信需要100MHz甚至400MHz的射頻信道帶寬，因此需要超高速ADC，理想的采樣速率需要達(dá)到1－3GSPS的量級(jí)，一般采用pipeline型分辨率為14位的ADC來實(shí)現(xiàn)。隨著模擬信號(hào)帶寬要求越來越大，但轉(zhuǎn)換精度要求基本保持不變，因此對(duì)于ADC芯片的設(shè)計(jì)要求越來越高。
伴隨著我國積極推動(dòng)移動(dòng)通信基站的建設(shè)，4G到5G手機(jī)的大換代帶動(dòng)智能手機(jī)銷量的同時(shí)也帶動(dòng)消費(fèi)級(jí)DAC芯片市場(chǎng)需求攀升。5G通信下，手機(jī)終端需要160＋MSPS，12bit的ADC芯片，基站里面需要250MSPS－1GSPS，14－16bit的ADC芯片。參考中國聯(lián)通5G／4G密度比，未來我國5G宏基站建設(shè)總數(shù)至少在800萬臺(tái)以上，并且單個(gè)5G基站的ADC芯片使用就高達(dá)兩位數(shù)。以保守?cái)?shù)據(jù)每個(gè)5G基站需要10個(gè)ADC芯片、每個(gè)芯片74元進(jìn)行計(jì)算，5G基站建設(shè)帶來至少69億元的增量市場(chǎng)。
根據(jù)Insights數(shù)據(jù)顯示，中國最大的電信運(yùn)營(yíng)商計(jì)劃到2030年投資近411億美元引進(jìn)5G，這對(duì)高性能信號(hào)鏈模擬芯片（尤其是ADC芯片）提出了海量需求。預(yù)計(jì)到2024年我國消費(fèi)級(jí)ADC芯片市場(chǎng)規(guī)模將達(dá)到130億元。與此同時(shí)，以5G為基礎(chǔ)的其他應(yīng)用產(chǎn)品將進(jìn)行技術(shù)迭代。
ADC在汽車激光雷達(dá)中的應(yīng)用
隨著我國汽車產(chǎn)業(yè)也不斷發(fā)展壯大和電子化程度的不斷提升，ADC芯片被廣泛地運(yùn)用于汽車智能駕駛系統(tǒng)之中，汽車領(lǐng)域成為ADC芯片的新增量市場(chǎng)。
與工控類、消費(fèi)級(jí)ADC不同，車規(guī)級(jí)ADC作為要求嚴(yán)格、門檻較高的應(yīng)用領(lǐng)域需要進(jìn)行一系列的可靠性以及安全性測(cè)試。例如：隨著各組份的硬件和軟件子系統(tǒng)變得越來越復(fù)雜，為了達(dá)到高水平的ASIL功能安全要求，需要ADC可提供診斷監(jiān)控的系統(tǒng)來診斷監(jiān)控機(jī)制和并行冗余電路的性能來顯著降低故障率并提高故障檢測(cè)的覆蓋率。它們需要測(cè)量和識(shí)別與不同電源軌相關(guān)的潛在故障，檢測(cè)不同電源的電壓或電流消耗是否有任何異常以及系統(tǒng)溫度是否有任何波動(dòng)。
因此，隨著車輛的自動(dòng)化水平不斷提高，一級(jí)供應(yīng)商和原始設(shè)備制造商越來越需要上述提供診斷監(jiān)控的ADC，用于實(shí)現(xiàn)其功能安全目標(biāo)。
汽車電子產(chǎn)業(yè)整體呈現(xiàn)出穩(wěn)步上升的趨勢(shì)。根據(jù)前瞻產(chǎn)業(yè)研究院數(shù)據(jù)，2017年為5400億元，與2016年相比增長(zhǎng)17．6％，2017年到2022 年，中國汽車電子市場(chǎng)預(yù)計(jì)將以10．6％速度增長(zhǎng)，增速超過全球。汽車電子市場(chǎng)的迅速擴(kuò)大，必然將ADC推上消費(fèi)熱潮。
研究壁壘
前期投入高昂：對(duì)于中國公司來說，想研發(fā)出一款高精度、低功耗、高轉(zhuǎn)換效率的ADC芯片，如果沒有數(shù)十年的積累和高昂的制造成本投入，則很難實(shí)現(xiàn)。此外，目前制造ADC／DAC芯片的溫度傳感器和高精度振蕩器非常緊缺，也是影響國內(nèi)ADC／DAC芯片生產(chǎn)的關(guān)鍵之一。
性能要求嚴(yán)格：ADC分辨率和采樣速率相互矛盾，當(dāng)分辨率越高，需要采集、比較的數(shù)越多，相應(yīng)的ADC芯片的架構(gòu)越復(fù)雜，比較器越多，電路規(guī)模呈幾何級(jí)增長(zhǎng)，導(dǎo)致運(yùn)行的時(shí)間越長(zhǎng)，速度越慢。并且隨著分辨率的提高，系統(tǒng)對(duì)噪聲更加敏感，系統(tǒng)分辨率每提高一位，系統(tǒng)對(duì)噪聲的敏感度就會(huì)提高一倍，外界的溫度、濕度、電磁感應(yīng)等因素都可能影響實(shí)際特性曲線，進(jìn)而使ADC芯片測(cè)出來的數(shù)據(jù)失真，所以就要通過各種方法提前對(duì)噪聲進(jìn)行排除，需要用極其復(fù)雜的數(shù)學(xué)工具進(jìn)行反復(fù)的模擬。
更新?lián)Q代迅速：ADC／DAC芯片產(chǎn)業(yè)比普通的芯片更新迭代更快，行業(yè)大致以4－6年為一個(gè)周期，這就要求企業(yè)要在特定時(shí)間內(nèi)完成產(chǎn)品，否則就會(huì)趕不上市場(chǎng)的節(jié)奏，并且每招募一位有相關(guān)經(jīng)驗(yàn)的工程師，人力成本又非常高昂，讓企業(yè)難以支撐。
生產(chǎn)工序復(fù)雜：ADC／DAC芯片一般包含操作寄存器、中斷寄存器、轉(zhuǎn)換存儲(chǔ)控制器，制造ADC會(huì)采用到CMOS、GaAs HBT和SiGe BiCMOS工藝。高速ADC多為BiCMOS工藝制造，這些工藝主要被采用IDM模式的TI、ADI這些公司壟斷。
市場(chǎng)需求分散：ADC的主要應(yīng)用市場(chǎng)有軍用和民用，其中軍用市場(chǎng)產(chǎn)品需求小，但追求性能、穩(wěn)定性和抗干擾，并且對(duì)功耗、噪聲等及價(jià)格不太敏感，而在民用市場(chǎng)，性價(jià)比為王，對(duì)噪聲，功耗要求極高，技術(shù)升級(jí)快和供應(yīng)鏈響應(yīng)快，兩個(gè)生態(tài)鏈互補(bǔ)融合，企業(yè)難以兩者兼顧。
從市場(chǎng)格局來看，國內(nèi)ADC市場(chǎng)份額主要被亞德諾（ADI）、德州儀器（TI）、美信（MAXIM）、微芯（MICROCHIP）等國外企業(yè)所占據(jù)，這些歐美的大型模擬集成電路供應(yīng)商采用IDM的經(jīng)營(yíng)模式，從芯片的設(shè)計(jì)、制造、封測(cè)到銷售都自主可控，形成全產(chǎn)業(yè)鏈覆蓋；可以在協(xié)同優(yōu)化的同時(shí)，獲取各環(huán)節(jié)的商業(yè)價(jià)值，中國企業(yè)想要加入并且有所發(fā)展具有較大的難度。
入局企業(yè)
盡管發(fā)展的路徑比較艱難，但國內(nèi)廠商也依舊看重這個(gè)市場(chǎng)并紛紛開始尋求其他方法。
當(dāng)今市場(chǎng)中常見的形式為將IP集成在SoC當(dāng)中。
在消費(fèi)電子領(lǐng)域，大多數(shù)廠商通過將ADC與MCU內(nèi)核集成在一起。其中MCU廠商可以通過自研，或者通過購買相關(guān)IP或者Die來實(shí)現(xiàn)集成，晶圓廠和EDA公司也能提供部分ADC的IP，因此在消費(fèi)級(jí)ADC，國內(nèi)廠商已經(jīng)占據(jù)重要地位。
上海貝嶺：高速高精度ADC達(dá)到國內(nèi)量產(chǎn)最高水平，參數(shù)達(dá)到ADI中端競(jìng)品水平，逐步實(shí)現(xiàn)國產(chǎn)替代。目前公司已經(jīng)量產(chǎn)的ADC最高精度達(dá)到16bit，最高采樣率達(dá)到125MSPS，實(shí)現(xiàn)了四通道，是國內(nèi)已經(jīng)量產(chǎn)ADC的最高水平。
圣邦股份：圣邦股份作為國產(chǎn)模擬芯片優(yōu)質(zhì)企業(yè)，從“信號(hào)鏈＋電源”持續(xù)拓展高性能運(yùn)放、ADC、DAC市場(chǎng)。公司以研發(fā)為本，降低成本、提升產(chǎn)品結(jié)構(gòu)。推出了一款電壓輸出型數(shù)模轉(zhuǎn)換芯片（DAC） SGM5352 ，它16位精度、4通道，具有精度高、多通道、體積小等優(yōu)點(diǎn)，很適宜用于光模塊、信號(hào)發(fā)生器等產(chǎn)品。
思瑞浦：專注于信號(hào)鏈芯片，目前已擁有超過900款可供銷售的產(chǎn)品型號(hào)。高速模數(shù)轉(zhuǎn)換器具有8／10bit的分辨率，采樣速率可達(dá)50MSPS，并且具有很高的線形精度。
華為海思：海思是國內(nèi)規(guī)模最大的也是最神秘的芯片設(shè)計(jì)公司，據(jù)悉，華為從4G開始就規(guī)模采用自主設(shè)計(jì)的ADC／DAC，已達(dá)到僅落后ADI最新產(chǎn)品一代的水平，完全能滿足5G產(chǎn)品高性能商用。
云芯微：ADC領(lǐng)域的明星公司，ADC產(chǎn)品速度在65MSPS－250MSPS，精度在12bit－16bit之間，部分產(chǎn)品達(dá)到美國出口管制的規(guī)格。公司創(chuàng)始人李云初博士在美國ADI及TI等公司從事高性能模擬電路產(chǎn)品設(shè)計(jì)超過10年，公司后來被振華電子收購。
迅芯微：該公司主攻超高速ADC，ADC產(chǎn)品速度包括2GSPS、10GSPS、30GSPS，精度在6bit－8bit之間。其中2GSPS，12bit和10GSPS，8bit都屬于美國出口管控的規(guī)格之中。
靈矽微：成立于2018年06月，總部位于深圳，專注于研發(fā)?性能模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器（ADC），擁有ADC架構(gòu)、校準(zhǔn)算法和電路模塊三大核心創(chuàng)新技術(shù)。目前，公司開發(fā)的1GSPS8bit高速ADC產(chǎn)品已經(jīng)成功流片，并獲得激光雷達(dá)行業(yè)的數(shù)百萬元客戶訂單。
類比半導(dǎo)體：核心團(tuán)隊(duì)主要來自行業(yè)領(lǐng)先的模擬設(shè)計(jì)公司TI和ADI，其ADC產(chǎn)品包括高精度sd ADC、高精度sar ADC、高速ADC。其高精度ADC可做到24bit精度，高速ADC可做到250MSPS。
中電集團(tuán)24所：是我國唯一的模擬集成電路專業(yè)研究所，是我國高性能模擬集成電路設(shè)計(jì)開發(fā)和生產(chǎn)的重要基地。主要產(chǎn)品有：ADC／DAC轉(zhuǎn)換器、高性能放大器、射頻集成電路、驅(qū)動(dòng)器、電源以及汽車電子等，于2011年研制出了2GSPS、8bit的ADC，2018年研制出了5GSPS、10bit。
國產(chǎn)ADC芯片的市占率正在逐步提升，國產(chǎn)ADC芯片無法進(jìn)入采購清單的僵局也正在被打破，供應(yīng)商即將進(jìn)入研發(fā)、盈利的‘滾雪球’模式。雖然我國的ADC芯片技術(shù)在高端領(lǐng)域離歐美等企業(yè)仍有差距，但是只要抓住國產(chǎn)化替代的契機(jī)，國內(nèi)ADC芯片供應(yīng)商一定可以打一場(chǎng)完美的翻身仗。
