世界模擬器件穩(wěn)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(xiàn)象，也無(wú)一不是模擬的。今天，當(dāng)我們要將這些信息保存、傳輸或處理的時(shí)候，為了達(dá)到簡(jiǎn)便和完美，把它們轉(zhuǎn)換成數(shù)字的方式，變成了無(wú)意義的電子信號(hào)或記錄軌跡。但是，當(dāng)這些電子信號(hào)最終實(shí)用時(shí)，又不得不把它們通過(guò)各種處理轉(zhuǎn)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(hào)。

　　這轉(zhuǎn)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(biāo)準(zhǔn)模擬（線性）器件（standard linear device）和混合信號(hào)（mixed signal device）兩大類(lèi)，后者也稱(chēng)模擬專(zhuān)用標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)品（analog ASSP）的。

　　標(biāo)準(zhǔn)模擬器件又分為4種

　?。?）放大器（amplifier）＿＿是一種模擬信號(hào)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(qū)動(dòng)揚(yáng)聲器的音頻功率放大器，驅(qū)動(dòng)馬達(dá)的功率放大器，驅(qū)動(dòng)顯示器的顯示器驅(qū)動(dòng)器/放大器以及放大傳感器信號(hào)的運(yùn)算放大器等，還有移動(dòng)電話(huà)和無(wú)線局域網(wǎng)、全球定位系統(tǒng)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(hào)轉(zhuǎn)換用的開(kāi)關(guān)放大器。一般比較器（comparater）也常歸入此類(lèi)。

　　（2）數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器（data converter）____在模擬信號(hào)和數(shù)字字之間進(jìn)行轉(zhuǎn)換，對(duì)DSP或任何模擬信號(hào)數(shù)字域處理具有重大意義。一般包括模數(shù)轉(zhuǎn)換器（A/D converter）和數(shù)模轉(zhuǎn)換器（D/A converter）。它們正不斷向著低電壓和高速化發(fā)展。閃存、多工轉(zhuǎn)換器和內(nèi)置可編程增益放大器的高分辨率模數(shù)轉(zhuǎn)換器正走向集成化。

　?。?）電源電路（power IC），也有稱(chēng)穩(wěn)壓器（voltage regulator）甚至電源管理器件（power management IC）的＿＿它對(duì)具有不同輸入電壓和負(fù)載的電子元部件提供穩(wěn)定的電壓。產(chǎn)品包括穩(wěn)壓器和基準(zhǔn)電壓電路等，除了向多電源化、系統(tǒng)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(shù)字器件和外圍設(shè)備，主要是各類(lèi)驅(qū)動(dòng)器，有線路驅(qū)動(dòng)器以及外設(shè)、顯示器和設(shè)備驅(qū)動(dòng)器等，也用于低壓差分信號(hào)傳輸（LVDS）、通用串行總線（USB）和IEEE　1394等接口。

　　混合信號(hào)器件則是以應(yīng)用區(qū)分的，包括：①消費(fèi)用電路，②計(jì)算機(jī)及外設(shè)，③通信，④汽車(chē)，⑤工業(yè)等。

　　據(jù)iSuppli市場(chǎng)調(diào)研公司統(tǒng)計(jì)，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(shù)字電路

模擬器件

標(biāo)準(zhǔn)模擬器件

放大器

數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器

電源電路

接口電路

混合信號(hào)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)是隨著整個(gè)半導(dǎo)體市場(chǎng)同步發(fā)展，據(jù)iSuppli市場(chǎng)調(diào)研公司報(bào)道，30年來(lái)模擬器件一直保持著20%的市場(chǎng)份額。近年出現(xiàn)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(dǎo)體業(yè)中依然保持著主流的地位。此外，按照WSTS的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，從上世紀(jì)90年代10多年以來(lái)，模擬器件所占半導(dǎo)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(dǎo)體市場(chǎng)的年均增長(zhǎng)率為11%，同期模擬器件的年均增長(zhǎng)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(dǎo)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(dǎo)體業(yè)平穩(wěn)健康。

　　展望未來(lái)，據(jù)Databeans預(yù)測(cè)，2003~09年間世界模擬器市場(chǎng)將以每年增長(zhǎng)12%的速度發(fā)展，屆時(shí)將達(dá)550億美元（圖2）。同時(shí)，據(jù)Semico Research公司預(yù)測(cè)，同期世界半導(dǎo)體市場(chǎng)將從1664億美元增長(zhǎng)到3240億美元，年均增長(zhǎng)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(dǎo)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(xiàng)數(shù)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(jù)報(bào)道，世界標(biāo)準(zhǔn)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(zhǎng)率達(dá)15%，屆時(shí)將是唯一超過(guò)百億美元的產(chǎn)品。預(yù)計(jì)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(xiàng)產(chǎn)品除數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)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(biāo)準(zhǔn)模擬器件市場(chǎng)?。▎挝唬簝|美元）

廠商和應(yīng)用

　　盡管模擬器件并不要求像大多數(shù)字電路那樣的現(xiàn)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(zhǎng)，且多數(shù)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(jù)Databean市場(chǎng)調(diào)研公司統(tǒng)計(jì)，2003~04年間世界10大公司都取得優(yōu)良業(yè)績(jī)，多數(shù)公司增長(zhǎng)率超過(guò)20%，個(gè)別甚至超過(guò)了50%。兩年內(nèi)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(jì)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(jì)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(zhàn)略，無(wú)論在標(biāo)準(zhǔn)模擬器件和混合信號(hào)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(dāng)比重。ST公司的優(yōu)勢(shì)在混合信號(hào)電路，尤其在汽車(chē)、計(jì)算機(jī)和移動(dòng)通信應(yīng)用方面首屈一指。在標(biāo)準(zhǔn)模擬器件方面略遜TI公司一籌。Infineon公司沒(méi)有標(biāo)準(zhǔn)模擬器件生產(chǎn)，產(chǎn)品集中在混合信號(hào)電路，在有線/無(wú)線通信方面具有較強(qiáng)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(qiáng)勢(shì)產(chǎn)品。公司模擬器件營(yíng)收只占其半導(dǎo)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(hào)電路，在消費(fèi)類(lèi)及汽車(chē)用產(chǎn)品方面實(shí)力較強(qiáng)，標(biāo)準(zhǔn)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(dǎo)體營(yíng)收70%以上。AD公司主理標(biāo)準(zhǔn)模擬器件生產(chǎn)，數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器和放大器占有較大市場(chǎng)份額，混合信號(hào)電路縱有生產(chǎn)，但除計(jì)算機(jī)應(yīng)用產(chǎn)品較好外，其余產(chǎn)品市場(chǎng)份額均極小。NS深耕標(biāo)準(zhǔn)模擬器件，公司半導(dǎo)體營(yíng)收主要依靠電源電路和放大器，混合信號(hào)電路雖也占有相當(dāng)比重，但除消費(fèi)產(chǎn)品應(yīng)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(xiàn)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(hào)電路則以工業(yè)應(yīng)用產(chǎn)品為主。Freescale公司的強(qiáng)勢(shì)在汽車(chē)、移動(dòng)通信以及工業(yè)用混合信號(hào)電路，標(biāo)準(zhǔn)模擬器件僅有少量放大器生產(chǎn)。

　　模擬器件應(yīng)用廣泛，遍及許多領(lǐng)域（圖4），具體分析，應(yīng)用以通信為主，其次是消費(fèi)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(qū)市場(chǎng)則以亞洲最為重要（圖6）

小結(jié)

　　我們生活在模擬世界，過(guò)去的電子設(shè)備也都是模擬的，根本用不著什么模數(shù)和數(shù)模的轉(zhuǎn)換等技術(shù)。隨著電子產(chǎn)品數(shù)字化時(shí)代的到來(lái)，才出現(xiàn)了上述的技術(shù)需求。事實(shí)上，數(shù)字產(chǎn)品離不開(kāi)模擬產(chǎn)品的配合，有統(tǒng)計(jì)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(shù)字產(chǎn)品成為模擬產(chǎn)品的主要驅(qū)動(dòng)力，模擬產(chǎn)品隨著數(shù)字產(chǎn)品的發(fā)展而發(fā)展，直到永遠(yuǎn)。

　　當(dāng)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(shù)的下降。模擬器件的技術(shù)發(fā)展落后于數(shù)字技術(shù)，兩者之間的技術(shù)差距至少一年，因而把數(shù)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(cè)重，無(wú)法使兩者都達(dá)到最優(yōu)化。

　　在產(chǎn)品設(shè)計(jì)中，數(shù)字電路往往處于核心地位，重?cái)?shù)輕模思想在設(shè)計(jì)人員中普遍存在。對(duì)于模擬器件的設(shè)計(jì)，盡管Cadence、Metor　Graphics和Synopsys也開(kāi)發(fā)出了一些自動(dòng)化設(shè)計(jì)或仿真技術(shù)，但主要還是依靠人的經(jīng)驗(yàn)，這成為模擬設(shè)計(jì)進(jìn)步的最大瓶頸。有人說(shuō)，智能化只展現(xiàn)在數(shù)字電路部分，而模電路設(shè)計(jì)所特別關(guān)心的依然是如何消除失真、怎樣對(duì)付噪聲和降低功耗等，依舊是那么傳統(tǒng)，那么本色。還有人說(shuō)，數(shù)字電路設(shè)計(jì)需要的是個(gè)人天才，模擬電路設(shè)計(jì)則追捧個(gè)人技藝，前者是數(shù)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(yǎng)適用的技術(shù)人才。

鏈接

圖1　世界放大器的應(yīng)用

圖2　世界放大器的地區(qū)市場(chǎng)

圖3　世界數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器的應(yīng)用

圖4　世界數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器的地區(qū)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(qū)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(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器公司

表4　世界最大能源管理器件公司

（TI公司提供）