模拟芯片潜力大:突破欧美厂商壁垒,我国厂商不断跻身世界舞台

1、电源管理芯片市场空间广阔,下游行业蓬勃发展 ‍

1.1、电源管理芯片应用广泛,长期成长可期

电源管理芯片在电子设备系统中担负起对电能的变换、分配、检测等功能,可适用于消费电子、移动通信等各类终端产品,是模拟芯片的重要组成部分。

根据 WSTS 数据,2018年度,电源管理芯片市场规模占全球模拟芯片比重达到42%。

随着电子产品的种类、功能和应用场景的持续增加,消费端对电子产品的稳定性、能效、体积等要求也越来越高。为顺应终端电子产品的需求,低噪声、高效能、微型化及集成化成为电源管理芯片重要的技术发展趋势。

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电源管理芯片具有应用范围广、细分品类众多的特点。

由于不同的电子设备、应用场景所需的电源管理方案各有不同,为满足不同环境下的多样化需求,当前市场上的电源管理芯片产品累计上万款,按照功能不同可以划分为电源转换芯片、电源防护芯片和显示驱动电路等系列。

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其中电源转换芯片的主要产品类型为LDO和充电管理芯片,电源防护芯片的主要产品类型为过压防护芯片和过流防护芯片,显示驱动电路的主要产品类型为LED/LCD驱动电路等。

在电源管理芯片中,标准电源管理集成芯片(PMIC)、DC-DC转换器(集成 MOSFET)和低压差线性稳压器(LDO)等品类规模占比较高。

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1.2、市场规模持续增长,国产替代持续推进

近年来,全球电源管理芯片市场规模保持稳步增长。

根据 Semiconductor 统计,2015年至2017年全球电源管理芯片产值分别为191亿美元、198亿美元、223亿美元。

此外,根据国际市场调研机构 Transparency Market Research 分析,2026年全球电源管理芯片市场规模将达到565亿美元,预计2018-2026年期间的年复合增长率为10.69%,而以中国内地为主的亚太地区的增长将是其中最主要的成长动力。

此外,受下游需求持续增长的带动,我国电源管理芯片市场近年来呈现稳定增长的趋势。

根据赛迪顾问数据,我国电源管理芯片2019年的市场规模已达到736亿元,且2016-2021年的年增长率均高于7%,未来仍具备较大发展空间。

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全球电源管理芯片市场的主要企业包括 TI(德州仪器)、ON Semi(安森美)、 DIODES(达尔科技)、Richtek(立锜科技)等公司。这些国际知名 IC 设计公司在销售规模、产品种类、核心 IP 等方面具备领先优势,但这类厂商产品价格相对较高,无法满足国内迅速爆发的市场需求。

近年来,我国政府不断出台多项鼓励政策,大力扶持半导体行业。

随着国内集成电路产业的快速发展,部分优质电源管理芯片设计公司在细分市场脱颖而出,成为后起之秀,主要企业包括圣邦股份、韦尔股份、富满电子和本公司。

力芯微等部分国内公司在电源管理芯片领域深耕多年,始终以市场需求和前沿趋势为导向开展研发,在低噪声、高效能、微型化及集成化等方向不断实现技术突破,通过产品的高性价比不断提高市场占有率,在与国外厂商的竞争中逐步建立起竞争优势。

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1.3、下游行业蓬勃发展,拉动电源管理芯片需求

电源管理芯片主要为电子设备提供各类电源管理解决方案,下游应用领域众多。

电源管理产品可以应用于手机、可穿戴设备等消费电子领域,在家用电器、物联网、汽车电子、网络通讯等领域的作用也日益凸显。

移动和消费电子、工业、计算机、汽车和交通运输、电信和基建、医用等是电源管理芯片主要的细分应用领域。

Yole 的数据显示,移动和消费电子是电源管理芯片最主要的应用领域,占比高达50%左右。而工业和计算机领域的占比紧随其后,也是电源管理芯片重要的应用领域。

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(1)智能手机成为电源管理芯片的重要增量市场

手机是电源管理芯片重要的应用领域,手机对电源管理芯片的需求日益增长。由于手机各模块元器件正常工作适用的电压、电流不同,需要电源管理芯片提供电源转换、调节、开关、防护等各类解决方案。

随着手机功能复杂化及性能的提升,使得电源转换类芯片的市场需求有所增加。近年来,随着功能的复杂化及性能的提升,手机内电路系统的内部模块相应增加。由于不同模块需要不同的供电电源,为实现不同模块的协同供电和电源管理,手机对转换类电源管理芯片需求出现上升趋势。

以手机摄像功能为例,随着消费者对手机拍摄需求的增加,除提升像素外,手机企业还在主摄的基础上增加景深镜头、微距镜头、广角镜头等来提升拍摄性能,使得摄像头数量有所增长。

根据 IDC 及前瞻产业研究院统计,2019年平均每部手机搭载摄像头颗数达3.21颗。

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手机电池安全需求的增加推动了电源防护类芯片的市场需求。

手机作为最常用的便携式设备,具有随身使用、使用频繁等特点,其安全性对手机的使用寿命、用户安全和手机品牌形象起着重要作用。在手机设计过程中,需充分考虑内部电路各模块的安全防护,确保产品使用过程中的安全可靠。

近年来,手机电池安全需求的增加推动了过压防护、过流防护等电源防护类产品市场需求的增长。

5G 技术发展将为电源管理芯片带来广阔的市场空间。

随着5G技术的发展,手机交互功能进一步增多,各功能模块对电源要求与3G、4G手机有所区别,对手机电源管理芯片的噪声水平、功耗等性能提出了更高要求;此外,5G技术的普及可能引发全球智能手机市场出现一波新的换机潮,为电源管理芯片带来了良好的市场机遇。

根据市场调研公司 Canalys 预测,2023年全球5G手机出货量将达到7.74亿部,占整个智能手机市场份额的51.4%;其中,中国作为全球5G网络建设的重点区域,将是全球最大的5G 智能手机市场,出货量预计占全球市场的34%。

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(2)智能穿戴市场加速推动电源管理芯片需求

随着智能手表、智能手环、TWS耳机、智能眼镜等可穿戴设备的普及,智能可穿戴设备市场规模逐年提升,带动了对电源管理类芯片市场需求的增长。

据 IDC 数据显示,2020年度全球可穿戴设备市场规模已达到4.45亿部,较2015年的0.78亿台实现了快速增长,年复合增长率达到41.66%。

此外,伴随着科技的进步和智能化浪潮,智能可穿戴设备的种类也在快速增加。智能可穿戴设备市场的快速发展对电源管理芯片提出了多样需求,为电源管理芯片市场发展提供了广阔的空间。

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(3)家电市场需求催生电源管理芯片市场快速发展

除手机及可穿戴设备市场外,电源管理芯片产品也应用于电视机、洗衣机、冰箱等家电领域。随着人民生活水平的提升,家电市场保持稳步增长。

根据同花顺 iFind 数据,洗衣机、空调、彩电等主要家电产量分别由2013年度的7202万台、14333万台、14027万台增长至2020年的8042万台、21065万台、19626万台。

此外,近年来家电产品呈现智能化发展趋势,细分品种和人机互动功能有所增加,衍 生出对电源管理芯片更为丰富的需求。

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力芯微在电源管理芯片领域具备多年技术积累,全面布局电源转换芯片、电源防护芯片、显示驱动电路等。为满足下游行业的需求增长和不同应用环境下的多样化需求,公司推出500余种电源管理芯片产品,覆盖了市场主流电源管理芯片。

其中,电源转换芯片主要包括各类 LDO 和线性充电管理芯片;电源防护芯片主要包 括过压防护芯片(OVP,TVS)和过流防护芯片(负载开关);显示驱动电路主要包括 LED 驱动电路,LCD 驱动电路和 RGB 恒流显示电路。

2、电子雷管普及进程加快,智能组网延时管理单元市场大幅提升‍

智能组网延时管理单元,是指将延时芯片模块和通讯技术结合,通过延时时间检测和设定、数据的压缩和传输、IC 通讯的干扰抑制技术等,实现远程链接、精确延时、远程检测等功能的专用电路模块,主要用于数码电子雷管,应用于露天爆破、隧道掘进、油气地质勘探、采矿、定向爆破等场景。

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传统雷管主要依靠药剂燃烧达到延期目的,而引入电子芯片使得电子计时成为可能,延期精度可达到毫秒,且拥有抗射频、抗杂散电流、抗高压电等优点,这也使得数码电子雷管在延时范围、设定步长精确度、可靠性、适应性等方面具有突出优势。

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结合物联网、北斗及加密通讯技术后,能实现远程控制设备与起爆器、雷管点火元件的远程链接、组网内各节点的精准控制及云端身份验证等功能,能应用于小断面掘进、金属矿、煤矿等特殊环境下的安全精准爆破。

此外,每发雷管均可实现生产、销售、运输和使用环节的全过程监管,可追溯性强,具有传统雷管无法比拟的安全性和管控功能,对于安全管理和公共安全具有重要意义,将为全面提升民爆物品安全监管水平起到极大的推动作用,是当前爆破行业的发展趋势。

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近年来,国家大力推广数码电子雷管的应用。

2018年12月,公安部、工信部发布“关于贯彻执行《工业电子雷管信息管理通则》有关事项的通知”,要求各地公安机关、民爆行业主管部门联合相关部门和行业协会,大力推广应用数码电子雷管,确保实现2022年电子雷管全面使用的目标。

根据民爆第一资讯数据显示,2020年电子雷管产量为1.17亿发,较2019年度的0.60亿发实现了大幅增长,占工业雷管总产量12.24%。相关数据显示,2016年以来我国数码电子雷管行业市场规模不断扩大,且增长率保持在较高水平。

根据中国爆破器材行业协会披露的产品结构数据,2019年电子雷管在我国工业雷管产品产量中仅占比5.47%,拥有巨大的发展空间。

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在电子雷管进入全面使用阶段的背景下,电子雷管市场空间将大幅提升,相关企业产量将不断攀升。而智能组网延时管理单元作为电子雷管必不可缺的组成部分,将受益于存量市场替代及电子雷管发展带来的双重利好。

力芯微智能组网延时管理单元产品布局合理,并在延时范围、设定步长精确度、可靠性等方面性能突出。公司智能组网延时管理单元的产品主要用于数码电子雷管,并通过结合物联网、北斗等通讯技术来远程控制设备与起爆器、精准控制组网内各节点和验证云端身份等,从而实现小断面掘进、金属矿、煤矿等特殊环境下的安全精准爆破。

3、高精度霍尔芯片市场空间广阔,发展前景光明‍

3.1、高精度霍尔芯片下游应用持续增长

霍尔芯片是根据霍尔效应制作的一种磁场传感器,可以将磁场信息转换成电信号。按照霍尔芯片的功能可以将它们分为:霍尔线性芯片和霍尔开关芯片;前者输出模拟量,后者输出数字量。按照检测对象的性质可将它们分为:直接应用和间接应;直接应用是指直接检测受测对象的磁场或磁特性,间接应用是指将非电、非磁物理量如力、力矩、位移、加速度、角度、角速度、转速、转数以及工作状态的变化周期等转化成磁场进行检测。

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公司高精度霍尔芯片具备精度高、功耗低的特点,主要应用于手机、TWS 耳机、汽车电子等领域。同时,由于亚微米的霍尔芯片在各种纳米药物和分子生物学的检测应用近年来得到越来越多的关注,公司将持续扩大研发团队、开展新的研发项目并加大研发投入。

3.2、电机种类繁多,霍尔传感芯片前景一片光明

电机用途广泛、种类繁多,电机驱动与控制芯片的型号更数不胜数,从功能上来划分,电机控制板用到的芯片主要包含如下几类:控制器(MCU/DSP/FPGA)、驱动器(MOSFET、IGBT 或 SiC 等宽禁带半导体器件)、传感器(霍尔器件)、信号调理芯片、电源芯片,以及通信接口等。

霍尔传感芯片是全球名列前茅的传感器产品,在全球磁场传感器市场所占份额超过了 70%。霍尔传感芯片被广泛应用到工业、汽车、电脑、手机以及新兴消费电子领域。

未来几年,随着越来越多的汽车电子和工业设计企业转移到中国,霍尔传感器芯片在中国的年销售额将保持20%到30%高速增长。与此同时,霍尔传感器芯片相关的技术仍在不断完善,呈现出高集成度、低温度性漂移、高灵敏度、低失调电压、新型的霍尔元件结构、微型化发展趋势。

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(1)高集成度

霍尔器件可以分为:霍尔元件和霍尔芯片两大类。

前者是一个简单的霍尔盘,使用时需要将获得霍尔电压进行放大处理,后者将霍尔盘和它的信号处理电路集成在同一个芯片上。霍尔器件的发展方向就是采用 CMOS 工艺实现高度集成化,可以把预处理电路包括前臵放大器、失调补偿、温度漂移补偿、基准电压集成在同一块芯片上,同时还可以集成许多附加功能,如数据存储器、A/D 转换器、总线接口等。而为了实现可编程霍尔芯片,厂商将 EEPROM 集成到芯片中也是一种发展趋势,可编程霍尔芯片可以降低客户生产环节的失败率,缩短生产周期,提高生产率。

(2)低温度漂移

霍尔芯片的灵敏度和失调电压都会随着温度变化,灵敏度漂移会影响霍尔芯片线性度,失调电压漂移会影响芯片上电重复性误差。

温度漂移会影响霍尔盘的线性度及测量精度。在要求高线性度和高精度测量的场合中,设计低温度漂移的霍尔芯片是其发展趋势。

(3)高灵敏度

霍尔芯片的挑战之一就是其能够检测非常小的磁场及磁场的细微变化。在需要精确测量磁场的场合,霍尔芯片需要很高的灵敏度。通过改进电路可以对霍尔芯片的灵敏度有一定程度上的提高,但是对电路的要求特别高,代价较大。有文献提出可以在芯片表面集成磁场集中器,利用微电子集成工艺在硅片上集成磁场集中器,再将硅片切割封装成标准的集成电路芯片。这种集成化的磁场集中器虽然会稍微增加霍尔芯片的成本,但可以使霍尔芯片的灵敏度提高五倍以上。

(4)低失调电压

霍尔盘的失调电压会影响霍尔芯片的动态监测范围,并且失调电压会随着温度等外界因素的变化,使得芯片每次上电时霍尔失调电压不相等,影响测量精度每次上电需要软件校准。所以,减小失调电压的大小及减小芯片上电重复性误差是霍尔芯片使用中需要解决的问题。

(5)霍尔盘新型结构

一般的霍尔芯片只对垂直于霍尔盘表面的磁场敏感,这种霍尔芯片叫做平面霍尔芯片,为了能够测量和传感平行于霍尔芯片的磁场,国外许多高校、研究所和公司开发出了垂直霍尔芯片。

最近,英飞凌推出新型的垂直霍尔芯片,适用于转向及速度侦测,新元件创全球先例,将内部霍尔盘的方向由水平转为垂直,可灵敏侦测平面方向磁场,90°转向的设计提供了更多弹性,更适用于局限空间的应用。

在此基础上,研制出了二维和三维霍尔芯片。二维霍尔芯片可以检测二维磁场的大小和方向,可用在各种航行器上做导航装臵;三维霍尔芯片可检测空间任意一点的磁场 三维分量和该磁场的方向,适用于地质勘探、航海、航空、航天地磁场图的精确绘制等方面。

(6)微型化

市场上许多霍尔芯片都采用了各种小型封装,实现霍尔芯片的微型化,这种芯片特别适用于空间窄小的检测环境,例如电动机中的间隙、磁力轴承等。Allego Microsystem 推出的创新性封装设计,ACS711 采用尺寸仅为 3mm x 3mm、厚度为 0.75mm 的超薄 QFN 封装。

4、信号链芯片应用广泛,国产市场空间较大‍

4.1、信号链芯片是电子产品智慧化的基础,技术壁垒高

信号链是电子产品智能化、智慧化的基础,连接着真实世界和数字世界。信号链芯片是指拥有对模拟信号进行收发、转换、放大、过滤等处理能力的集成电路。

现实世界中的物理信号,如温度、声音、光电等,通过传感器转变为连续的模拟信号进入电子系统,信号链芯片负责对这些连续的信号进行处理,包括放大、滤波等,并最终通过模数转换器将其转变为离散的数字信号,供数字芯片进行存储、计算等。

经数字芯片如 CPU 处理完的数字信号再通过数模转换器转变为连续的模拟信号,经过放大等处理后作用于执行器,如显示、发光等。信号链产品是模拟芯片重要分支。

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4.2、智能产品不断发展,信号链芯片应用场景广阔

电子设备智能化的不断发展,信号链芯片的应用广阔,下游应用领域众多。包括信息通讯、工业控制、监控安全、医疗健康、仪器仪表和家用电器等方向,总体上可以根据功能不同,区分为以下三种产品:

(1)线性产品:用于模拟信号在传输过程中放大、滤波、选择、比较等功能,代表产品有放大器、比较器、模拟开关、通讯基站中对电源信号的调理和滤波,工业变频器中对电机电流的检测和放大、高清电视、个人录像机等。

(2)转换器产品:用于模拟信号和数字信号的相互转换,其中将模拟信号转换为数字信号的为模数转换器ADC,将数字信号转换为模拟信号的为数模转换器DAC。转换器是混合信号系统中必备的器件,主要应用于工业,通讯,医疗行业等。

(3)接口产品:用于电子系统之间的数字信号传输,应用领域包括监控安全行业的控制和调试接口,主要用于各个行业电子系统的打印接口和通讯行业的背板时钟以及控制信号的传送。

5G 市场不断扩大,带动了信号链芯片需求。

模拟芯片成为通信、工业控制、汽车的必需品,其中,通信产品是信号链模拟芯片的主要下游驱动力。

由于5G手机射频前端主要组件和5G的基站建设的需求,需要大量的功率放大器、滤波器、低噪声放大器等产品,这对高性能信号链芯片提出了大量需求。

根据中国通信院调查数据,2021年1-5月,国内市场5G手机出货量1.08亿部,同比 增长 134.4%,占同期手机出货量的72.8%。

2021年全国工业和信息化工作会议召开,工信部部长肖亚庆在会议上表示,2021年将持续推进5G网络的建设和应用,加快主要城市5G覆盖,推进共享共建,新建5G基站60万个以上。

这都对信号链产品有着巨大需求。

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新能源汽车不断发展,推动了信号链在内的模拟芯片的增长。

新能源汽车市场需求出现明显回暖,对信号链芯片的需求也逐步增大。IC Insights估测,模拟芯片2017-2022年CAGR达6.6%,高于全球IC市场平均5.1%的增速。

4.3、信号链芯片行业规模持续扩大

随着信号链芯片产品的需求不断增加,信号链模拟芯片市场总体发展态势较好,行业规模持续扩大。信号链芯片约占模拟芯片市场规模的47%,是模拟芯片的重要组成部分。

根据IC Insights的报告,全球信号链模拟芯片的市场规模将从2016年的84亿美元增长至2023年的118亿美元,年均复合增速约5%。

2019年放大器和比较器(线性产品)是市场规模占比最高的品类,约占信号链模拟芯片市场规模的39%。

市场空间广阔。

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根据Reports and DATA数据显示,模数转换器ADC2019年市场规模达到25.5亿美元,关于信号链架构,信号最终会使用DAC模数转换将信号输出成模拟信号,假设两者市场规模相当,转换器2019年市场规模大约50亿美元,占整体信号链市场的51.4%。

4.4、市场格局:欧美厂商为主导,我国厂商不断创新跻身世界舞台

欧美巨头为主导,国产化空间较大。

根据 Databeans 的报告显示,全球的放大器和比较器销售收入排行前十名中,以欧美企业为主,其中,德州仪器成立于1930年,成立至今近90年,是全球领先的模拟芯片龙头厂商;亚德诺是以高性能模拟、混合信号和数字信号处理集成电路世界领先的企业,亚德诺和德州仪器两巨头的销售额遥遥领先,主导市场。

同时,我国厂商不断加大研发投入和技术创新,目前信号链芯片市场组成的厂商较多,主要厂商包括圣邦股份、思瑞浦等。

力芯微信号链产品布局相对全面,有望成为公司新的业绩增长点。

公司的信号链芯片的业绩呈现稳步发展的趋势,当前信号链芯片主要产品包括电平位移、数据开关、模数转换、数模转换、运放芯片、音频放大及音效电路,主要应用于网络传输模块和 USB 接口模块等领域。

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作者:新时代证券 毛正 殷成钢

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页面更新:2024-05-28

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