世界模擬器件穩(wěn)健發(fā)展

　　我們生活在真實的模擬世界，凡眼所見、耳所聞、手所及的事物，無一不是模擬的；自然界的音、光、溫度、壓力等自然現(xiàn)象，也無一不是模擬的。今天，當我們要將這些信息保存、傳輸或處理的時候，為了達到簡便和完美，把它們轉換成數(shù)字的方式，變成了無意義的電子信號或記錄軌跡。但是，當這些電子信號最終實用時，又不得不把它們通過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。

　　這轉過去、變回來的過程中，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（線性）器件（standard linear device）和混合信號（mixed signal device）兩大類，后者也稱模擬專用標準產(chǎn)品（analog ASSP）的。

　　標準模擬器件又分為4種

　　（1）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)品有驅動揚聲器的音頻功率放大器，驅動馬達的功率放大器，驅動顯示器的顯示器驅動器/放大器以及放大傳感器信號的運算放大器等，還有移動電話和無線局域網(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先進工藝的，并開發(fā)出了收發(fā)信號轉換用的開關放大器。一般比較器（comparater）也常歸入此類。

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

　?。?）電源電路（power IC），也有稱穩(wěn)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(wěn)定的電壓。產(chǎn)品包括穩(wěn)壓器和基準電壓電路等，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)字器件和外圍設備，主要是各類驅動器，有線路驅動器以及外設、顯示器和設備驅動器等，也用于低壓差分信號傳輸（LVDS）、通用串行總線（USB）和IEEE　1394等接口。

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

　　據(jù)iSuppli市場調研公司統(tǒng)計，2002年世界集成電路市場上各類產(chǎn)品所占份額如下圖所示：

圖1　世界集成電路市場各產(chǎn)品比重

數(shù)字電路

模擬器件

標準模擬器件

放大器

數(shù)據(jù)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

　　模擬器件市場最大的特點是隨著整個半導體市場同步發(fā)展，據(jù)iSuppli市場調研公司報道，30年來模擬器件一直保持著20%的市場份額。近年出現(xiàn)的新需求，尤其是電源管理電路的發(fā)展，使模擬器件在半導體業(yè)中依然保持著主流的地位。此外，按照WSTS的統(tǒng)計數(shù)據(jù)，從上世紀90年代10多年以來，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年世界半導體市場的年均增長率為11%，同期模擬器件的年均增長率為10.5%，基本保持同步。但這期間

表1　世界模擬電路市場的發(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下跌了24%（低了8個百分點），而在1995~96年間更未跌反升，略升2.4%?？梢?，模擬器件的發(fā)展，比整個半導體業(yè)平穩(wěn)健康。

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

表2　世界半導體市場的發(fā)展

圖2　世界模擬器件市場

　　場若與單項數(shù)字芯片微處理器相比，則將自2004年起超過后者，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)報道，世界標準模擬器件大約占整個模擬器件市場的30%，其各類產(chǎn)品的銷售值及其發(fā)展如表3所示。5類產(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年間的年均增長率達15%，屆時將是唯一超過百億美元的產(chǎn)品。預計2009年銷售值108億美元，占模擬器件銷售總額的48%，已提高了近8個百分點，幾占一半。同期其余各項產(chǎn)品除數(shù)據(jù)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?。▎挝唬簝|美元）

廠商和應用

　　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，模擬器件壽命同期較長，且多數(shù)產(chǎn)品市場較小，要求多品種生產(chǎn)。

　　模擬器件生產(chǎn)比較集中，據(jù)Databean市場調研公司統(tǒng)計，2003~04年間世界10大公司都取得優(yōu)良業(yè)績，多數(shù)公司增長率超過20%，個別甚至超過了50%。兩年內TI公司都榮居榜首，其次是ST公司，也只有這2家公司的市場占有率超過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，無論在標準模擬器件和混合信號電路市場上公司都占有重要地位，接口電路幾占市場半壁江山，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、計算機和移動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/無線通信方面具有較強實力，汽車用產(chǎn)品及分立電源晶體管也都是公司的強勢產(chǎn)品。公司模擬器件營收只占其半導體全部營收的三分之一，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，在消費類及汽車用產(chǎn)品方面實力較強，標準模擬器件雖各類產(chǎn)品都有生產(chǎn)，但市場份額很小。

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　　AD公司的模擬器件占有公司半導體營收70%以上。AD公司主理標準模擬器件生產(chǎn)，數(shù)據(jù)轉換器和放大器占有較大市場份額，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)品市場份額均極小。NS深耕標準模擬器件，公司半導體營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，混合信號電路則以工業(yè)應用產(chǎn)品為主。Freescale公司的強勢在汽車、移動通信以及工業(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，這種格局到2009年也不會有什么變化（圖5），地區(qū)市場則以亞洲最為重要（圖6）

小結

　　我們生活在模擬世界，過去的電子設備也都是模擬的，根本用不著什么模數(shù)和數(shù)模的轉換等技術。隨著電子產(chǎn)品數(shù)字化時代的到來，才出現(xiàn)了上述的技術需求。事實上，數(shù)字產(chǎn)品離不開模擬產(chǎn)品的配合，有統(tǒng)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)品的主要驅動力，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。

　　當今模擬器件的技術發(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。模擬器件的技術發(fā)展落后于數(shù)字技術，兩者之間的技術差距至少一年，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，也只能有所側重，無法使兩者都達到最優(yōu)化。

　　在產(chǎn)品設計中，數(shù)字電路往往處于核心地位，重數(shù)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也開發(fā)出了一些自動化設計或仿真技術，但主要還是依靠人的經(jīng)驗，這成為模擬設計進步的最大瓶頸。有人說，智能化只展現(xiàn)在數(shù)字電路部分，而模電路設計所特別關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(tǒng)，那么本色。還有人說，數(shù)字電路設計需要的是個人天才，模擬電路設計則追捧個人技藝，前者是數(shù)字老手，后者則是電子技術行家。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)適用的技術人才。

鏈接

圖1　世界放大器的應用

圖2　世界放大器的地區(qū)市場

圖3　世界數(shù)據(jù)轉換器的應用

圖4　世界數(shù)據(jù)轉換器的地區(qū)市場

圖5　世界電源管理器件市場

圖6　世界電源管理器件的地區(qū)市場

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)轉換器公司

表4　世界最大能源管理器件公司

（TI公司提供）