（报告出品方/作者：国泰君安证券，王聪、郭航）
1.模拟芯片：细分品类多，周期性较弱
1.1.简介：模拟信号产生、放大及处理的核心器件
集成电路可以简要分为数字IC和模拟IC两大类。模拟集成电路指由电阻、电容、晶体管等组成的用来处理连续函数形式模拟信号的集成电路。现实世界中的声音、光线、温度、压力等信息通过传感器处理后形成的电信号就是模拟信号，其幅度随时间连续变化。模拟芯片种类繁多，在当前的电子产品中几乎都有其身影，被广泛应用在消费电子、汽车、工业、5G等领域。与模拟芯片相对应的是数字集成电路，后者主要对离散的数字信号（0和1）进行存储和逻辑运算。
亿美金以上规模，大陆需求占比高。年全球集成电路市场规模达到亿美元，其中模拟IC市场规模约亿美元，占据16%的份额。从区域分布情况看，中国大陆是最大的模拟芯片市场，年约为全球的36%，市场有近亿美元的规模。按照定制化程度划分，模拟芯片可以分为专用型芯片（ASSP）和通用型芯片。据IDC数据，专用型芯片占据模拟芯片市场5成左右。
顾名思义，专用型芯片的定制化程度更高，需要根据客户需求和特定电子系统对产品的参数、性能、尺寸进行特殊设计，相比于通用型模拟IC具有设计壁垒较高、毛利率也更佳的特点。对于专用型模拟芯片的划分通常依据其下游应用领域，包含通信、消费电子、汽车、工业等，其中每个领域又可进一步细化为线性产品、电源管理产品、接口产品等，以射频前端模块为代表的射频器件就属于典型的专用型模拟IC，占到专用芯片比重高。通用型芯片则属于标准化产品，适用于各种各样的电子系统，生命周期更长。设计壁垒相比于专用型芯片较低，但产品细分品类多、不同厂家间的可替代性强、客户相对分散。
从应用角度看，模拟芯片也可分为信号链路和电源管理两大类。其中电源管理芯片市场规模大于通用信号链路芯片。
1.1.1.信号链
信号链：信号链路是指一个系统中信号从输入到输出的路径，主要针对模拟信号完成收发、转换、放大、过滤等功能。信号链模拟芯片主要包括：线性产品、转换器、接口、隔离器、RF与微波等。一条完整的信号链是指将自然界的声、光、电等连续信息通过采集（传感器）、处理（放大、缩小、滤波）、模拟/数字转换（ADC）转变为数字信号，经过系统处理（微处理器）后再转换为模拟信号（DAC）输出的整个过程。
线性产品规模大，转换器产品增速快。从信号链芯片细分产品来看，年放大器和比较器占据最大份额39%，市场空间约为37亿美金，此前增速也快于转换器、接口两大类产品（市场空间分别约为36和25亿美金）。但ICInsights预测在-年间，转化器产品的年均复合增速接近9%，远高于放大器和比较器约5%的提升速度，预计到年转换器产品将占据信号链细分市场约41%，取代放大器和比较器成为最大份额产品。
1.1.1.1.线性产品
运算放大器是线性产品的基本构建模块之一。运放在其信号处理范围内，通常可以认为是线性器件，即增益不随信号的幅度变化而变化。运放可以结合外部电路器件实现信号的放大、求和、微分以及积分等数学运算。若再搭配晶体管等有源器件，可被设计成数模转换器、模数转换器、调制器、开关电容滤波器等多种核心信号链模块。
根据《高增益低失调轨对轨运算放大器的研究与设计》，运放可根据其制造工艺、输入输出信号类型以及性能指标等多个方面进行分类。根据制造工艺的不同，运放可以分为CMOS运放、BJT运放以及BiCMOS运放；根据性能指标的不同侧重，运放可以被划分为低功耗运放、高增益运放、高速运放以及精密运放等，从而满足不同场合的应用要求；根据输入输出信号的类型，运放可被划分为运算放大器、跨导运放、电流运放等。
1.1.1.2.转换器
转换器主要包括ADC（模数转换）和DAC（数模转换）。转换器作为连接模拟世界和数字信号处理的桥梁，在信号链中有着十分重要的地位。按照功能划分，转换器主要分为ADC和DAC两种，其中ADC应用场景更加广泛。此外，市场对高速ADC、DAC的需求快速增长，年，仅占6%出货量的高速数据转换器，创造了近50%的销售额。
ADC产品应用十分广泛。ADC是物理与数字世界的重要媒介，被广泛应用于航天航空、通信、测量、医疗、消费电子、汽车电子等领域，其性能对整个系统影响显著。例如在无线通信系统的接收机链路中，ADC将经降频以及滤波处理后的基带、中频等信号转换为数字电路可识别、处理的编码信号。根据《高增益低失调轨对轨运算放大器的研究与设计》，其工作流程主要包括模拟输入、抗混叠滤波、采样/保持以及量化/编码四个步骤，采样过程是连续信号变成离散时间信号，量化过程将连续幅值转化为离散幅值，最后通过编码步骤，将量化电平变为逻辑代码。
速度、精度、功耗是ADC性能最直观的体现。在实际芯片设计中，这三方面性能往往相互制约，需要在设计时对三种指标进行折衷，牺牲某些方面来突出其他方面。ADC速度指采样速率Fs（单位是每秒采样次数）；精度可以用SNDR来描述，理想状况下，ADC的位数越高，往往就会有更高的精度。在低速高精度的应用场景中，增量deltasigma较为合适。在中等采样率和采样精度的应用场景下，deltasigma、SARADC应用较为广泛。在对采样率要求高，对精度要求稍低的应用场景下，流水线（Pipeline）和FLASHADC较为合适。
DAC是数字信号到模拟信号的桥梁，主要应用于通信、视频和音频等领域。DAC由加权网络、开关网络、数字信号输入、参考基准电压、放大器构成，不仅仅是通信系统信号接收端的主要组成部分，也在家庭影院、车载音响、手机音频输出等领域发挥重要作用。具体而言：第一是高速DAC，主要被应用在射频领域，工作频率一般在几个GHz以上；第二是高精度DAC，具有很高的分辨率，领先产品位数达到20以上，主要被应用在音频领域；第三是兼顾高精度和高速的DAC，主要被应用在通信领域中。
此外，由于不同开关连接的节点内阻有差异，导致延时时间不同，限制了其在高速场景的应用。电荷式架构由开关、电容以及跟随器等构成，由于主要由电容构成（静态电流流通小），其精度及功耗较为优异。但是当位数增加后，充放电时间会随电容数量的增加而增加，导致其转换时间较慢，主要被应用于低功耗场景。
此外，电压和电容结构需要接运算放大器，对运放处理速度亦提出较高要求，对于电流式结构而言，主要分为二进制加权电阻结构、R-2R结构以及电流舵结构。其中，电流舵结构是目前较为常见的DAC架构，具有非常高的速度、精度以及很小的面积，在高速高精度DAC中应用广泛。
1.1.1.3.接口
接口类产品主要包括隔离器、收发器、数据缓冲器等，是电路间连接的桥梁。
隔离器用于提升系统安全性，其中数字隔离器应用较为广泛。隔离器主要使两系统具有高的电阻隔离特性，避免电路在互相通信时受损，其中数字隔离器应用较为广泛。
光耦占比高，数字隔离器快速增长，年超过7亿美金。
下游应用看，数字隔离芯片主要应用于信息通讯、电力自动化、工厂自动化、工业测量、汽车车体通讯、仪器仪表和航天航空等场景。根据MarketsandMarkets的数据，年数字隔离类芯片在工业领域占比达28.58%，汽车电子占比达16.84%，通信领域占比达14.11%位列第三名。年工业领域、汽车电子领域和通信领域将分别占比28.80%、16.79%和14.31%。
多路复用器（MULTIPLEXER，也称为数据选择器）是一种通过将数据从多个输入行/流路由到一个输出行/流来将并行数据转换为串行数据的设备。多路复用器可使系统减小成本、降低复杂性、减少布线的使用和资源的共享。
收发器产品种类众多。按照协议可划分为CAN、LIN、RS-（符合TIA/EIA，常用的多点系统通信接口标准之一）、RS-（常用的串行通信接口标准之一）等系列，其中CAN和LIN在车载电子中应用广泛。相比于CAN总线（传输速度快、成本较高，用于发动机管理等重要环节），LIN总线是一种低成本的方案，目标定位于车身网络模块节点间的低端通信，主要负责智能传感器及执行器的串行通信，如座位、车窗、方向盘、大灯、车锁等。
1.1.2.电源链
电源管理芯片市场较信号链更大。根据FrostSullivan统计，年全球电源管理芯片市场规模约.8亿美元，-年CAGR为13.52%。随5G通信、新能源汽车等市场发展，电子设备数量及种类持续增长，带动电源管理芯片需求增长。国内来看，年中国电源管理芯片市场规模约亿元人民币，占据全球约36%市场份额。预计年至年，中国电源管理芯片市场规模CAGR为14.7%，年将达到.5亿美元的市场规模。
电源链产品主要包括：AC/DC、DC/DC、电池管理、驱动芯片等。针对电子产品各部分正常工作电压不同，电源管理芯片对电池输出的固定电压进行升降压、稳压处理后，使其达到期望的电压值，以满足各个模块的供电需要。电源芯片根据应用场景差异，可单独使用或与外部电子元器件组合成模块从而实现电源转换的功能。
电源管理方案从分立向集中式演进。随着技术的发展，下游电子设备对于效率以及体积的要求不断提升，目前电源管理方案也在不断升级，集成度不断提升。
1.1.2.1.DC/DC
DC/DC模块：DCDC模块包括的模拟IC种类主要为DC/DC开关电源、线性电源（主要是LDO）以及用于调制的PWM、PFM、PFC等。目前存在的DCDC电源芯片主要包含两种：一是线性电源，主要包括低压差线性稳压器（LDO）等；二是开关电源。其中，LDO主要被应用于降压稳压、输入电源隔离、滤波等。开关电源主要被应用于工作电压转换、隔离以及降噪等，相比于LDO其电路更加复杂，成本也相应更高。
综合来看，DCDC产品市场规模有望达到76.7亿美金（开关DCDC+LDO）。线性稳压器来看，年市场空间为27.13亿美元，预计到年，市场规模有望达到31.78亿美金。LDO电路结构较为简单。运放会持续比较电路的输出电压与参考电压，并实时调节MOSFET的栅极电压，从而实现稳定的输出电压。
开关电源可以分为隔离式和非隔离式。根据变压方式，开关电源可以被分为隔离式和非隔离式，其中非隔离式DCDC电源转换效率更高，体积小，复杂度较低，基本拓扑主要包括降压（buck）、升压（boost）以及升降压型（buck-boost）等。隔离式DCDC电源通过变压器来实现电压的升降，抗干扰能力更强，安全性也更高，但通常体积较大，成本较高。
PFC控制在开关电源中用以提高功率因数。功率因数（PF）指的是有效功率与总耗电量的比值，用以衡量电能被利用的效率。功率因数越大，表示电能利用率高。PFC控制器通过对输入电流波形进行调制，减小电流谐波并减小输入电压与基波电流的相位差，提升PF值。在开关电源DCDC中，PFC控制器主要用以调节电流和电压之间的相位差，减少功率损失。
相比有源PFC，无源PFC调制效果更佳。
DC/DC开关电源调制主要包括PWM和PFM，由PWM、PFM或PWM/PFM控制器来实现。DCDC开关电源中核心功率开关器件的调制方式而言，常采用以下三种方式：1、脉冲宽度调试（PWM）；2、脉冲频率调制（PFM）；3、混合脉冲调制（PWM/PFM）。在不同应用中，要针对系统设计的要求，采用相应的脉冲调制方式，由PWM、PFM或PWM/PFM控制器来实现该功能。
PWM方式：反馈电压与基准电压闭环负反馈调节，对PWM脉冲占空比进行调控，进而实现对系统输出电压的控制。PFM方式：当系统轻载时，PWM功耗大，为弥补PWM不足，PFM被提出。PFM调制方式有二：1、保持脉冲高电平时间恒定，调节低电平持续时间，来改变脉冲频率；2、保持脉冲低电平时间恒定，调节高电平的持续时间，来改变脉冲频率。PWM/PFM混合模式：该模式可以理解为是PWM和PFM的融合，即开关电源的脉冲宽度和频率均可以改变。
1.1.2.2.AC/DC
AC/DC模块：AC/DC主要应用于消费、医疗、工业和过程控制、测量、半导体制造设备和国防等领域。例如在家电设备中，设备实现高效AC/DC转换可以显著减少能量损失，节约成本。在电动交通领域，高性能的AC/DC可以有效加快充电桩的充电速度。在AC/DC系统中，通常包含低电压控制电路及高压开关晶体管，从而将交流变换为直流。AC/DC开关包括隔离式和非隔离式两类。一般AC/DC开关电源包括隔离式和非隔离式两种类型，非隔离式AC/DC开关电源主要应用于电压较小的场景，常见的拓扑结构为buck降压型以及boost升压型。隔离式AC/DC开关电源应用更为广泛，主要被应用于高电压场景，如工业设备供电等，常见拓扑结构包括正激、反激、全桥、半桥、推挽等。
AC/DC中功能模块主要包括AD/DC转换器以及用于调制的PWM、PFM、PFC等。其中，保护（采样）电流作用是对输出电压进行检测和采样，并将采样信号送入控制电路（包含PWM、PFM等）进行调制，控制功率管的驱动脉冲宽度，从而调整导通时间以使输出电压稳定。
1.1.2.3.电池管理
电池管理系统（BMS）：BMS是电池与用户之间的纽带，主要对象为二次电池。一般而言，BMS要实现的功能包括：准确预估电池的核电状态、平衡单体电池、动态监测电池组工作状态等，需要一系列模拟、数字芯片密切配合，完成特定监测功能。
BMS中的模拟芯片主要包括充电管理IC、电池计量IC、电池安全IC等。电池安全IC负责监控电池状态，通过实时监测每节电池或电池包，避免出现过充、过放、过流和短路等故障。电池计量IC负责计算电池的电量状态和健康状态。充电管理IC将外部电源变压，并在充电时进行检测。
年BMICs市场规模约为30.23亿美金。
1.1.2.4.驱动芯片
驱动芯片：驱动芯片介于主电路和控制电路间，通过放大控制电路的信号（通常是PWM脉冲），使其能够实现对功率晶体管的驱动。按照应用领域，驱动芯片可以主要分为：电机驱动芯片、显示驱动芯片、音频功放芯片等。下游应用来看，年电机驱动芯片的占比最高，且至年都将保持占有率第一的地位。
电机驱动芯片内往往集成CMOS控制电路和DMOS功率器件。电机驱动芯片可与主处理器、电机和增量型编码器三者组成共同运动控制系统。根据《高压N型DMOS全桥直流电机驱动芯片的研究与设计》，电机驱动芯片内部主要包括电源模块、高压电荷泵模块、功率管栅极驱动模块、模式控制模块、保护模块等。其中电源模块由LDO及带隙基准电压源组成，为后级低压模块提供稳定的供电电压。功率管栅极驱动模块包括栅极驱动电路以及高压DMOS功率管（可以被集成在芯片内部），其作用是提供栅极驱动电压和电流，DMOS功率管可以实现快速的关断和开启。模式控制模块主要将外部输入的逻辑信号转换为栅极控制信号，来分别控制电机的转向、速度等。保护模块的主要功能是提供过温保护、过流保护、欠压锁定、上电复位等。
显示驱动芯片：往往采用标准通用串行亦或并行接口接受命令与数据，同时生成相应的电压、电流、解复用、定时信号，使显示终端呈现所需的文本或图像，主要包括LED驱动芯片、LCD驱动芯片等。显示驱动芯片应用十分广泛，主要涵盖智能手机、可穿戴、平板电脑等各类消费电子设备以及汽车、工业等具有显示功能的设备中。以LED驱动芯片为例，其芯片按照功能可以划分为多个子模块，包括偏置模块（提供参考电压和偏置电压）、误差放大模块、脉宽调制模块（如PWM模块）、驱动模块（前级驱动电路）、振荡器模块以及各种保护器模块等。
音频功放芯片主要应用于媒体播放设备的音频信号放大，包括A类、B类、AB类以及D类等。音频功放芯片的功能是将来自音源或前级放大器输出的弱信号放大，同时实现对播放设备的驱动，产生声音信号，是多媒体播放设备的核心部件。根据《高效率无滤波的D类音频功率放大器芯片设计》，目前常见的音频功放芯片按照功率及放大效果主要可以划分为A、B、AB、D类芯片等。
其中A类功放芯片是完全线性放大的放大器，能耗较大，但失真度低；B类功放效率较高，但常产生跨越失真；AB类功放兼容了A类功放和B类功放的优势，效率比和保真度较为平衡，在汽车音箱中应用较为广泛。D类功放（也称为数字功放），通过MOSFET器件工作，相比于AB类功放效率更高（理论效率可以达到%）。以D类芯片为例，其主要包括前置放大器模块、PWM调制模块、内振荡器模块、关断控制模块、门级驱动模块、偏置电路以及噪声消除模块等。
1.2.四大特性梳理
模拟芯片和数字芯片相比，从设计、制造到产品价格、种类和生命周期都有较大差异，大致可以总结为4方面：1）产品生命周期长；2）细分品类更多；3）特色工艺壁垒高；4）设计更加依赖研发人员经验。
1.2.1.产品生命周期长
模拟芯片自身迭代性质叠加供应链行为特点，决定了产品生命周期长，通常在5年以上。不同于数字芯片对算力和效率的追求，模拟芯片更加强调可靠性、稳定性和一致性，其迭代不受摩尔定律限制，因此产品能够保持更久的适用性而不被市场淘汰。此外，下游整机客户对于模拟芯片认证要求严格、认证周期较长，注重模拟厂商产品的多样性、齐套性和延展性。据艾为电子招股说明书的披露，客户对模拟芯片的认证周期为3-9月，从首次接触终端客户到销售的开发周期为1-3年。但是真正当厂商进入客户供应链后，客户替换供应商的意愿较低，相同的产品大概率能够持续多年保证相对稳定的销售，平台型模拟公司还能通过向老客户推广新产品获得份额的提升。因而模拟芯片的生命周期更长，通常在5年以上、甚至到达10年，远高于数字芯片的1-2年。
1.2.2.细分产品种类多
模拟集成电路下游需求分散，每一细分赛道空间相对明确。对比数字芯片，模拟厂商下游客户分布相对分散，Intel第一大应用PC端的占比超过50%，而德州仪器的第一大应用需求——工业的占比仅37%。同时，TI年年报披露称，公司、年均没有单个客户收入占比超过10%，年也刚达到10%而已。与此对应，由于细分需求分散，即使是模拟芯片总市场规模已经达到亿美元，细分为每一产品对应的子赛道空间却相对较小。例如，仅射频前端芯片就又可以细分为射频开关、射频低噪声放大器、射频功率放大器、双工器、射频滤波器等，据卓胜微招股说明书的数据，年射频开关市场规模16.54亿美元、射频低噪声放大器市场规模14.21亿美元，空间相对明确。因此，对于模拟厂商而言，不断扩张产品种类以构建平台型公司，是获得成长的重要路径。
由于应用场景复杂且对性能的要求有所侧重，模拟芯片细分品类较多。不同应用场景对芯片性能提出了差异化的要求，导致产品考核参数繁多。例如，对于AC/DC电源芯片，其主要参数就包括供电电压、输出功率、导通电阻、封装技术等，车载充电器和家用充电器相比，也会更加注重效率、寿命和可靠性等指标。即便是类型相同的模拟IC也会因为个别参数不同而衍生出新的料号，造成整个模拟芯片市场细分产品较多。年，ADI有接近40种产品，年达到70SKUs，其中80%的收入来自于贡献不超过0.1%的产品。此外，德州仪器产品数目也有近00项。对于国内公司，虽产品数目不及国际龙头，但增长趋势迅猛。据公司年报，圣邦股份年末仅16大类、余款产品，截至年末已扩张至25大类、余款产品，成长逾%。（报告来源：未来智库）
1.2.3.特色工艺壁垒高
出于差异化定制需求和对性能提升的考虑，模拟芯片通常采用BCD特色工艺技术。BCD工艺由意法半导体在年率先研制，是一种将Bipolar、CMOS、DMOS集成在同一芯片上的单片集成技术。Bipolar可制备高精度器件、CMOS具有高集成特性、DMOS作为功率输出极具有高效率、高强度、高耐压等优点，而BCD能够有效集成三者优势，为模拟产品定制化需求提供制备技术基础。整合后的BCD能够大幅降低功耗，提高系统性能，降低成本，增加芯片的可靠性。
近三十年来，BCD工艺已取得了极大的发展，从最初的4μm制程，到现在对65nm的突破，线宽不断减小，但与标准CMOS工艺遵循摩尔定律持续追求线宽更小、速度更快不同，BCD工艺未来将向着3个方向分化发展：高压、高功率、高密度。
1）高压BCD工艺主要适用于-V电压，其核心在于提高器件耐压，同时实现对电压的精确控制。通常而言为提高耐压需要更厚的外延层，导致横向扩散会消耗更多的硅片面积。根据《BCD工艺概述》介绍，为化解这一问题，年J.A.Appels等人提出将RESURF（reducedsurfacefield，即降低表面电场）技术应用于横向DMOS中，利用轻掺杂外延层使得表面电场分布更加平坦，从而改善表面击穿特性，使得击穿发生在体内以提高器件的击穿电压。此外，高压应用需要更加复杂的数字电路对电压等级加以精确控制，因此高压BCD的技术难点在于光刻尺寸的减小。
2）高功率BCD工艺主要用于电压范围40-90V、大电流、中等规模的控制电路中，例如汽车电子。其发展关键在于提高器件可靠性，同时最大程度的降低成本。参考《BCD集成电路技术的研究与进展》中的论述，以意法半导体的0.8μmBCD4为例，此类工艺中的DMOS器件占据管芯的较大面积，因此其发展关键是如何优化DMOS器件的结构以提高器件强度、降低导通电阻，同时降低控制电路的成本，而减小工艺特征尺寸并非其