2022年中國模擬IC芯片特性梳理及市場發展周期研究報告（49頁）.pdf

1、2022 年深度行業分析研究報告 目目 錄錄 1. 模擬芯片：細分品類多，周期性較弱 . 4 1.1. 簡介：模擬信號產生、放大及處理的核心器件 . 4 1.1.1. 信號鏈. 5 1.1.1.1. 線性產品 . 7 1.1.1.2. 轉換器. 8 1.1.1.3. 接口 . 10 1.1.2. 電源鏈. 12 1.1.2.1. DC/DC . 14 1.1.2.2. AC/DC . 17 1.1.2.3. 電池管理 . 18 1.1.2.4. 驅動芯片 . 20 1.2. 四大特性梳理 . 22 1.2.1. 產品生命周期長. 22 1.2.2. 細分產品種類多. 23 1.2.3. 特色工

2、藝壁壘高. 24 1.2.4. 設計更依賴經驗. 26 1.3. 市場：周期性較弱，規模穩增長 . 27 1.1.1. 模擬芯片行業周期性相對較弱. 27 1.1.2. 汽車和通信拉動模擬芯片需求. 27 1.1.2.1. 汽車模擬 IC. 28 1.1.2.2. 通信模擬 IC. 30 1.4. 份額：格局較分散，國產化率低 . 33 2. 復盤：研發、并購及銷售是關鍵 . 35 2.1. 德州儀器 . 35 2.1.1. 發展歷程 . 35 2.1.2. 以史為鑒 . 37 2.2. 茂達電子 . 40 2.2.1. 發展歷程 . 41 2.2.2. 以史為鑒 . 42 3. 機遇：國內模

3、擬芯片行業蓄勢待發 . 42 3.1. 國內廠商能力提升 . 42 3.1.1. 國內廠商產品品類逐漸齊全 . 42 3.1.2. 技術參數對標海外先進水平 . 44 3.1.3. Fabless 模式亦具高成長性. 45 3.2. 缺貨加速國產替代 . 47 表：表：本報告覆蓋公司估值表本報告覆蓋公司估值表 公司名稱公司名稱 代碼代碼 收盤價收盤價 盈利預測（盈利預測（EPS） PE 評級評級 目標價目標價 2020A 2021E 2022E 2020A 2021E 2022E 圣邦股份 300661 2022.03.18 323.33 1.22 2.85 3.86 264.28 113.3

4、9 83.86 增持 385.48 上海貝嶺 600171 2022.03.18 20.76 0.74 0.88 1.00 28.03 23.71 20.78 增持 24.99 韋爾股份 603501 2022.03.18 224.28 3.09 5.32 6.64 72.58 42.18 33.78 增持 368 中穎電子 300327 2022.03.18 61.01 0.67 1.19 1.51 90.59 51.13 40.54 增持 75.21 思瑞浦 688536 2022.03.18 673.53 2.29 5.53 6.23 301.22 121.84 108.06 增持 81

5、0.29 雅創電子 301099 2022.03.18 65.22 0.74 1.19 1.86 87.61 54.92 35.02 增持 84.06 希荻微-U 688173 2022.03.18 26.2 -0.36 0.07 0.18 -72.61 389.59 146.10 增持 32.42 芯?？萍?688595 2022.03.18 83.22 0.89 0.93 1.66 93.17 89.48 50.13 增持 107.66 力芯微 688601 2022.03.18 128.08 1.05 2.48 3.16 122.43 51.55 40.58 增持 158.15 艾為電子

6、 688798 2022.03.18 174.38 0.61 1.76 2.56 284.66 99.13 68.11 增持 217.6 1. 模擬芯片：細分模擬芯片：細分品類多，周期性較弱品類多，周期性較弱 1.1. 簡介：模擬信號產生、放大及處理的核心器件簡介：模擬信號產生、放大及處理的核心器件 集成電路可以簡要分為數字 IC 和模擬 IC 兩大類。 模擬模擬集成電路指由電阻、 電容、 晶體管等組成的用來處理連續函數形式集成電路指由電阻、 電容、 晶體管等組成的用來處理連續函數形式模擬信號的集成電路。模擬信號的集成電路?，F實世界中的聲音、 光線、溫度、 壓力等信息通過傳感器處理后形成的電信

7、號就是模擬信號，其幅度隨時間連續變化。模擬芯片種類繁多，在當前的電子產品中幾乎都有其身影，被廣泛應用在消費電子、汽車、工業、5G 等領域。 與模擬芯片相對應的是數字集成電路， 后者主要對離散的數字信號 （與模擬芯片相對應的是數字集成電路， 后者主要對離散的數字信號 （0和和 1）進行存儲和邏輯運算。）進行存儲和邏輯運算。 圖圖 1：模擬：模擬 IC 是連接現實世界和數字世界的橋梁是連接現實世界和數字世界的橋梁 數據來源：ADI Company Presentation，March 2021 圖圖 2：2020 年全球模擬芯片市場區域分布年全球模擬芯片市場區域分布大陸占比高大陸占比高 圖圖 3：

8、模擬模擬 IC 按照定制化程度劃分按照定制化程度劃分，專用芯片占比高，專用芯片占比高 數據來源：IDC，前瞻產業研究院，國泰君安證券研究 數據來源：國際電子商情，IDC，國泰君安證券研究 30%29%24%6%5%5% 1%模擬ASSP（非Power IC）標準PowerIC模擬ASSP（Power IC）放大器數據轉換轉接口比較器 500 億美金以上規模， 國內需求占比高。億美金以上規模， 國內需求占比高。 根據中商情報網、 IC Insights 數據， 2020 年全球集成電路市場規模達到 3482 億美元， 其中模擬 IC 市場規模約 570 億美元，占據 16%的份額。從區域分布情況

9、看，中國大陸是最大的模擬芯片市場， 2020 年約為全球的 36%， 市場有近 205 億美元的規模。 按照按照定制化程度劃分， 模擬芯片可以分為專用型芯片 （定制化程度劃分， 模擬芯片可以分為專用型芯片 （ASSP） 和通用型） 和通用型芯片。芯片。 據 IDC 數據， 專用型芯片占據模擬芯片市場 5 成左右。 顧名思義，專用型芯片的定制化程度更高，需要根據客戶需求和特定電子系統對產品的參數、性能、 尺寸進行特殊設計， 相比于通用型模擬 IC 具有設計壁壘較高、毛利率也更佳的特點。 對于專用型模擬芯片的劃分通常依據其下游應用領域，包含通信、消費電子、汽車、工業等，其中每個領域又可進一步細化為

10、線性產品、電源管理產品、接口產品等，以射頻前端模塊為代表的射頻器件就屬于典型的專用型模擬 IC， 占到專用芯片比重高。 通用型芯片則屬于標準化產品，適用于各種各樣的電子系統，生命周期更長。設計壁壘相比于專用型芯片較低， 但產品細分品類多、 不同廠家間的可替代性強、 客戶相對分散。 圖圖 4：模擬：模擬 IC 在集成電路中占據在集成電路中占據 16%的價值量（的價值量（2020 年數據）年數據） 數據來源：中商情報網，IC Insights，國泰君安證券研究 從應用從應用角度看，角度看， 模擬芯片模擬芯片也也可可分分為信號鏈路和電源管理兩大類。為信號鏈路和電源管理兩大類。 其中電源管理芯片市場規

11、模大于通用信號鏈路芯片。 1.1.1. 信號鏈信號鏈 信號鏈信號鏈： 信號鏈路是指： 信號鏈路是指一個系統中信號從輸入到輸出的路徑一個系統中信號從輸入到輸出的路徑， 主要， 主要針對針對模擬信號完成收發、轉換、放大、過濾等功能。模擬信號完成收發、轉換、放大、過濾等功能。 信號鏈模擬芯片主要包括： 線性產品、 轉換器、 接口、信號鏈模擬芯片主要包括： 線性產品、 轉換器、 接口、 隔離器、隔離器、 RF 與微與微波等。波等。 一條完整的信號鏈是指將自然界的聲、光、電等連續信息通過采集（傳感器） 、處理（放大、縮小、濾波） 、模擬/數字轉換（ADC）轉變為數字 信號，經過系統處理（微處理器）后再轉

12、換為模擬信號（DAC）輸出的整個過程。 圖圖 5：模擬芯片的工作原理：模擬芯片的工作原理（主要分為電源和信號鏈）（主要分為電源和信號鏈） 圖圖 6：模擬信號轉換為數字信號的模擬信號轉換為數字信號的工作工作原理原理 數據來源：思瑞浦招股說明書 數據來源：Javatpoint 表表 1: 部分部分信號鏈芯片類別及用途信號鏈芯片類別及用途 類別類別 用途用途 線性產品線性產品 運算放大器 信號放大是最常見功能，通過運算放大器連接專用放大電路實現 高邊電流檢測放大器 專用于將高邊電流轉換成電壓信號并放大的專用放大器 濾波器 按頻率特性對信號進行過濾，并保留所需部分 模擬開關 通過控制打開或關閉來選擇信

13、號接通與否，或從多個信號中選擇需要的信號 比較器 比較兩個輸入信號之間的大小輸出 0 或 1 的結果 轉換器轉換器 數模轉換器 DAC 把模擬信號轉換成數字信號 模數轉換器 ADC 把數字信號轉換成模擬信號 接口產品接口產品 RS232 接口用于電子系統間的數字信號傳輸，RS232 標準是常用的串行通信接口 RS485 RS485 接口標準適合多節點網絡通信，在工控和通信系統中應用廣泛 LVDS LVDS接口以其速度快為特點，常用于短距離、數據量大、速度要求高的工業、電力和通信設備中 RF與微波與微波 適用于信號收發類電路，應用于信息通信場景 數據來源：思瑞浦招股說明書、艾為電子招股說明書，國

14、泰君安證券研究 圖圖 7： 通用通用信號鏈模擬芯片市場規模信號鏈模擬芯片市場規模約百億美金約百億美金 （億美元）（億美元） 圖圖 8：各類信號鏈產品中，轉化器產品增速快各類信號鏈產品中，轉化器產品增速快 數據來源：IC Insights，思瑞浦招股說明書，國泰君安證券研究 數據來源：IC Insights，思瑞浦招股說明書，國泰君安證券研究 線性產品規模大， 轉換器產品線性產品規模大， 轉換器產品增速增速快?？?。 從信號鏈芯片細分產品來看， 2019年放大器和比較器占據最大份額 39%，市場空間約為 37 億美金，此前增速也快于轉換器、接口兩大類產品（市場空間分別約為 36 和 25 億美金）

15、 。 但 IC Insights 預測在 2021-2023 年間， 轉化器產品的年均復合增速接近 9%，遠高于放大器和比較器約 5%的提升速度，預計到 2023 年轉換器產品將占據信號鏈細分市場約 41%，取代放大器和比較器成為最大份額產品。 1.1.1.1. 線性產品 運算放大器是線性運算放大器是線性產品的基本構建模塊之一產品的基本構建模塊之一。 運放在其信號處理范圍內，通?？梢哉J為是線性器件，即增益不隨信號的幅度變化而變化。運放可以結合外部電路器件實現信號的放大、 求和、 微分以及積分等數學運算。若再搭配晶體管等有源器件，可被設計成數模轉換器、模數轉換器、調制器、開關電容濾波器等多種核心

16、信號鏈模塊。 表表 2: 模擬芯片工藝對比模擬芯片工藝對比，針對不同需求選用不同工藝，針對不同需求選用不同工藝 工藝工藝 優點優點 缺點缺點 用途用途 Bipolar 功率大、頻率高、驅動能力強 集成度低、無法滿足 LED驅動控制等芯片的應用需求 RF、電源管理、高精度、高壓領域 CMOS 集成度高、噪聲低、功耗低、抗干擾能力強 驅動性能差、頻率低 CPU、MCU、低功耗模擬 IC、低電流運放等 BiCMOS 驅動能力強、功耗較低、集成度較高 高成本 RF 電路、LED 控制驅動、A/D、D/A、RF 混合信號 IC 燈 數據來源： 高增益低失調軌對軌運算放大器的研究與設計 ，思瑞浦招股說明書

17、、國泰君安證券研究 根據 高增益低失調軌對軌運算放大器的研究與設計 ， 運放可根據其制造工藝、輸入輸出信號類型以及性能指標等多個方面進行分類。根據制造工藝的不同，運放可以分為 CMOS 運放、BJT 運放以及 BiCMOS 運放；根據性能指標的不同側重，運放可以被劃分為低功耗運放、高增益運放、高速運放以及精密運放等，從而滿足不同場合的應用要求；根據輸入輸出信號的類型，運放可被劃分為運算放大器、跨導運放、電流運放等。 圖圖 9：放大器在信號鏈中：放大器在信號鏈中的的功能功能十分重要十分重要 圖圖 10：基本差分運放電路原理基本差分運放電路原理 數據來源：National Instruments

18、數據來源： 高增益低失調軌對軌運算放大器的研究與設計 1.1.1.2. 轉換器 轉換器主要包括轉換器主要包括 ADC （模數轉換） 和（模數轉換） 和 DAC （數模轉換）（數模轉換） 。 轉換器作為連接模擬世界和數字信號處理的橋梁，在信號鏈中有著十分重要的地位。按照功能劃分，轉換器主要分為 ADC 和 DAC 兩種，其中 ADC 應用場景更加廣泛。根據工業電子市場網報道，目前海外廠商（如 ADI、TI、MAXIM、MICROCHIP）占據 ADC/DAC 全球主要市場份額，ADI 市占率約為 58%，TI 占比約為 25%，MAXIM 占 7%，MICROCHIP 占 3%，基本沒有國內企業

19、的身影。此外，市場對高速 ADC、DAC 的需求快速增長，2018 年，僅占 6%出貨量的高速數據轉換器，創造了近 50%的銷售額。 圖圖 11：數據轉換器在信號鏈路中的角色：數據轉換器在信號鏈路中的角色重要重要 圖圖 12：ADC/DAC 市場份額占比市場份額占比中，中，ADI 占比高占比高 數據來源： 高速高精度數據轉換器關鍵技術研究 數據來源：工業電子市場網，國泰君安證券研究 ADC 產品產品應用十分廣泛應用十分廣泛。ADC 是物理與數字世界的重要媒介， 被廣泛應用于航天航空、通信、測量、醫療、消費電子、汽車電子等領域，其性能對整個系統影響顯著。例如在無線通信系統的接收機鏈路中，ADC將

20、經降頻以及濾波處理后的基帶、中頻等信號轉換為數字電路可識別、處理的編碼信號。 根據 高增益低失調軌對軌運算放大器的研究與設計 ， 其工作流程主要包括模擬輸入、抗混疊濾波、 采樣/保持以及量化/編碼四個步驟， 采樣過程是連續信號變成離散時間信號， 量化過程將連續幅值轉化為離散幅值，最后通過編碼步驟，將量化電平變為邏輯代碼。 速度、精度、 功耗是速度、精度、 功耗是 ADC 性能最直觀的體現。性能最直觀的體現。在實際芯片設計中， 這三方面性能往往相互制約，需要在設計時對三種指標進行折衷，犧牲某些方面來突出其他方面。ADC 速度指采樣速率 Fs（單位是每秒采樣次數） ；精度可以用 SNDR 來描述，

21、理想狀況下，ADC 的位數越高，往往就會有更高的精度。在低速高精度的應用場景中，增量 delta sigma 較為合適。在中等采樣率和采樣精度的應用場景下，delta sigma、SAR ADC應用較為廣泛。在對采樣率要求高，對精度要求稍低的應用場景下，流水線（Pipeline）和 FLASH ADC 較為合適。 ADI58%TI25%MAXIM7%MICROCHIP3%OTHERS7% 圖圖 13：ADC 工作流程工作流程包括輸入、采樣、編碼等包括輸入、采樣、編碼等 圖圖 14：各種各種 ADC 在帶寬與精度坐標上的分布在帶寬與精度坐標上的分布 數據來源： 高增益低失調軌對軌運算放大器的研究

22、與設計 ，國泰君安證券研究 數據來源： 高增益低失調軌對軌運算放大器的研究與設計 DAC是數字信號到模擬信號的橋梁， 主要應用于通信是數字信號到模擬信號的橋梁， 主要應用于通信、 視頻和音頻、 視頻和音頻等領等領域。域。DAC 由加權網絡、開關網絡、數字信號輸入、參考基準電壓、放大器構成， 不僅僅是通信系統信號接收端的主要組成部分， 也在家庭影院、車載音響、手機音頻輸出等領域發揮重要作用。具體而言：第一是高速DAC，主要被應用在射頻領域，工作頻率一般在幾個 GHz 以上；第二是高精度 DAC，具有很高的分辨率，領先產品位數達到 20 以上，主要被應用在音頻領域；第三是兼顧高精度和高速的 DAC

23、，主要被應用在通信領域中。 圖圖 15：DAC 原理示意圖原理示意圖 圖圖 16：DAC 顯微鏡照片顯微鏡照片，芯片內部較復雜，芯片內部較復雜 數據來源： 應用于 DDS的數模轉換器的研究與芯片設計 數據來源： 高速高精度數據轉換器關鍵技術研究 據 應用于據 應用于 DDS 的數模轉換器的研究與芯片設計 報道，的數模轉換器的研究與芯片設計 報道， DAC 的基本的基本架構可以分為三種： 電壓式、 電荷式以及電流式結構。架構可以分為三種： 電壓式、 電荷式以及電流式結構。 電壓式架構由電阻、開關、譯碼電路以及跟隨器構成，結構相對簡單，但缺點是由于電阻用量多，在版圖中面積占比大，使得芯片面積過大。

24、此外，由于不同開關連接的節點內阻有差異，導致延時時間不同，限制了其在高速場景的應用。電荷式架構由開關、電容以及跟隨器等構成，由于主要由電容構成（靜態電流流通?。?，其精度及功耗較為優異。但是當位數增加后，充放電時間會隨電容數量的增加而增加，導致其轉換時間較慢，主要被應用于低功耗場景。 此外，電壓和電容結構需要接運算放大器，對運放處理速度亦提出較高要求，對于電流式結構而言，主要分為二進制加權電阻結構、R-2R 結構以及電流舵結構。其中， 電流舵結構是目前較為常見的 DAC 架構， 具有非常高的速度、 精度以及很小的面積， 在高速高精度 DAC 中應用廣泛。 表表 3: DAC 結構的優缺點對比結

25、構的優缺點對比，電流舵結構在高速高精度應用場景應用廣泛，電流舵結構在高速高精度應用場景應用廣泛 DAC 類型類型 優點優點 缺點缺點 電壓式結構電壓式結構 單調性好 面積大、建立時間長 電荷式結構電荷式結構 靜態功耗小、精度高 面積大 電流式結構電流式結構 二進制加權電阻結構 速度快、寄生電容小 匹配性差 R-2R 結構 電阻匹配精度高 功耗、毛刺大 電流舵結構 精度高、速度快、面積小 失陪問題、輸出阻抗有限 數據來源： 應用于 DDS的數模轉換器的研究與芯片設計 ，國泰君安證券研究 1.1.1.3. 接口 接口類產品主要包括隔離器、 收發器、 數據緩沖器等， 是電路間接口類產品主要包括隔離器

26、、 收發器、 數據緩沖器等， 是電路間連接連接的的橋梁。橋梁。 表表 4: 隔離技術對比隔離技術對比，數字隔離器數據傳輸能力更強數字隔離器數據傳輸能力更強 指標指標 光耦光耦 數字隔離數字隔離 磁耦 容耦 傳輸信號傳輸信號 光信號 磁場信號 電場信號 材料材料 Polyimide Polyimide 氧化硅 耐壓能力耐壓能力 高 高 高 數據傳輸能力數據傳輸能力 傳輸速度慢 快 快 集成度集成度 差 高 高 溫度范圍溫度范圍 受限 寬 寬 數據來源：納芯微招股說明書，國泰君安證券研究 隔離器用于提升系統安全性， 其中數字隔離器應用較為廣泛。隔離器用于提升系統安全性， 其中數字隔離器應用較為廣泛

27、。 隔離器主要使兩系統具有高的電阻隔離特性，避免電路在互相通信時受損，其中數字隔離器應用較為廣泛。 圖圖 17：全球隔離器市場空間：全球隔離器市場空間快速增長快速增長（百萬美金）（百萬美金） 數據來源：IHS Markit，國泰君安證券研究 05001,0001,5002,0002,500201820192020E2021E2022E2023E2024ENon Optical IsolationOptical Isolation 圖圖 18：德州儀器：德州儀器 ISOW7741 電路圖電路圖 圖圖 19：數字：數字隔離器內部結構隔離器內部結構 X 射線形貌射線形貌 數據來源：TI 數據來源：

28、數字隔離器結構分析技術研究 光耦占比高， 數字隔離器快速增長，光耦占比高， 數字隔離器快速增長， 2024 年超過年超過 7 億美金。億美金。 據 科學技術創新報道，相比于光耦隔離器，數字隔離器主要采用電容隔離或者電感隔離，在壽命等指標上要顯著優于光耦，主要被應用在工業電子等領域。通常而言，隔離器的設計、工藝壁壘往往較高。根據 IHS 報道，隔離器目前以光耦為主，數字隔離器市場快速發展，2024 年有望達到7.67 億美金。數字隔離器格局來看，2020 年 TI、Silicon Labs、ADI、博通、英飛凌等廠商占據全球 40-50%市場份額，剩余市場主要被 NVE、ROHM、美信、安森美等

29、公司占據。 下游應用看， 數字隔離芯片主要應用于信息通訊、 電力自動化、 工廠自下游應用看， 數字隔離芯片主要應用于信息通訊、 電力自動化、 工廠自動化、 工業測量、 汽車車體通訊、 儀器儀表和航天航空等場景。動化、 工業測量、 汽車車體通訊、 儀器儀表和航天航空等場景。 根據納芯微招股說明書報道，帶隔離驅動的電機、工業物聯網和汽車電氣化未來將進一步促進數字隔離類芯片市場發展。 根據 Markets and Markets 的數據，2020 年數字隔離類芯片在工業領域占比達 28.58%，汽車電子占比達 16.84%， 通信領域占比達 14.11%位列第三名。 2026 年工業領域、汽車電子領

30、域和通信領域將分別占比 28.80%、16.79%和 14.31%。 圖圖 20：2020 年數字隔離類芯片下游應用年數字隔離類芯片下游應用工業為主工業為主 圖圖 21：2026 年數字隔離類芯片下游應用年數字隔離類芯片下游應用工業占比提升工業占比提升 數據來源： Markets and Markets， 納芯微招股說明書， 國泰君安證券研究 數據來源：Markets and Markets，納芯微招股說明書，國泰君安證券研究 多路復用器 （多路復用器 （MULTIPLEXER， 也稱為數據選擇器）， 也稱為數據選擇器） 是一種通過將數據從多個輸入行/流路由到一個輸出行/流來將并行數據轉換為串

31、行數據的設備。多路復用器可使系統減小成本、降低復雜性、減少布線的使用和資源的共享。 圖圖 22：4 in 1 多路多路復用器電路圖復用器電路圖 圖圖 23：4 in 1 多路復用器多路復用器真值表真值表 數據來源：Malti Bansal, et al. A Taxonomical Review of Multiplexer Designs for Electronic Circuits & Devices, Journal of Electronics and Informatics. 數據來源：Malti Bansal, et al. A Taxonomical Review of Mul

32、tiplexer Designs for Electronic Circuits & Devices, Journal of Electronics and Informatics. 收發器產品種類眾多。收發器產品種類眾多。按照協議可劃分為 CAN、LIN、RS-485（符合TIA/EIA 485，常用的多點系統通信接口標準之一） 、RS-232（常用的串行通信接口標準之一）等系列，其中 CAN 和 LIN 在車載電子中應用廣泛。相比于 CAN 總線（傳輸速度快、成本較高，用于發動機管理等重要環節） ， LIN 總線是一種低成本的方案， 目標定位于車身網絡模塊節點間的低端通信， 主要負責智能傳

33、感器及執行器的串行通信， 如座位、 車窗、方向盤、大燈、車鎖等。 1.1.2. 電源鏈電源鏈 電源管理芯片市場較信號鏈電源管理芯片市場較信號鏈更大更大。 根據 Frost&Sullivan 統計， 2020 年全球電源管理芯片市場規模約 328.8 億美元，2016-2020 年 CAGR 為13.52%。隨 5G 通信、新能源汽車等市場發展， 電子設備數量及種類持續增長，帶動電源管理芯片需求增長。 國內來看， 2020 年中國電源管理芯片市場規模約 800 億元人民幣， 占據全球約 36%市場份額。 預計 2020 年至 2025 年， 中國電源管理芯片市場規模 CAGR 為 14.7%，

34、2025 年將達到 234.5 億美元的市場規模。 圖圖 24：全球電源管理芯片市場規模：全球電源管理芯片市場規?？焖僭鲩L快速增長（美金）（美金） 圖圖 25：中國：中國電源管理芯片市場規模電源管理芯片市場規?？焖僭鲩L快速增長（美金）（美金） 數據來源：Frost & Sullivan，希荻微招股書，國泰君安證券研究 數據來源：Frost & Sullivan，希荻微招股說明書，國泰君安證券研究 0%5%10%15%20%0100200300400500600PMIC市場規模（億元）YoY0%5%10%15%20%050100150200250國內PMIC市場規模（億元）YoY 電源鏈產品電源

35、鏈產品主要包括：主要包括： AC/DC、 DC/DC、 電池管理、 驅動、 電池管理、 驅動芯片等芯片等。 針對電子產品各部分正常工作電壓不同，電源管理芯片對電池輸出的固定電壓進行升降壓、穩壓處理后，使其達到期望的電壓值，以滿足各個模塊的供電需要。電源芯片根據應用場景差異，可單獨使用或與外部電子元器件組合成模塊從而實現電源轉換的功能。 表表 5: 電源管理芯片應用及功能電源管理芯片應用及功能 應用應用 用途用途 AC/DC 把交流轉換成直流，功率流是雙向的，當功率流從電源流向負載時稱為“整流” ，從負載返回電源時稱為“有源逆變” ；內含低電壓控制電路及高壓開關晶體管 DC/DC 升壓/降壓調節

36、器，或稱為開關電源、開關調整器 PFC 提供具有功率因數矯正功能的電源輸入電路；功率因數指的是有效功率與總耗電量的比值，當功率因數值越大，代表其電力利用率越高 LDO 保證穩定的電壓供給 PWM/PFM 為脈沖頻率調制或/和脈沖寬度調制控制器，用于驅動外部開關 線性穩壓器線性穩壓器 使用在其線性區域內運行的晶體管或 FET，從應用的輸入電壓中減去超額的電壓，產生經過調節的輸出電壓，包括低壓差線性穩壓器 LDO 電源監控產品電源監控產品 實時監控電源的狀態，當不正常狀態發生時，通知主控芯片采取安全措施 熱插熱插拔拔控制控制 IC 免除從工作系統中插入或拔除另一接口的影響 數據來源：EEfocus

37、，圣邦股份招股說明書，國泰君安證券研究 圖圖 26：電源轉換和管理策略示意圖電源轉換和管理策略示意圖 圖圖 27：德州儀器德州儀器 LM3881 PMIC 數據來源：A Vibration Energy Harvester and Power Management Solution for Battery-Free Operation of Wireless Sensor Nodes 數據來源：TI 官網 電源管理方案從分立向集中式演進。電源管理方案從分立向集中式演進。 隨著技術的發展， 下游電子設備對于效率以及體積的要求不斷提升，目前電源管理方案也在不斷升級，集成度不斷提升。 圖圖 28：電

38、源管理方案向集成式演進：電源管理方案向集成式演進 數據來源：Qorvo，芯語 1.1.2.1. DC/DC DC/DC 模塊模塊： DCDC模塊包括的模擬模塊包括的模擬 IC種類主要為種類主要為 DC/DC開關電源、開關電源、線性電源（主要是線性電源（主要是 LDO）以及用于調制的）以及用于調制的 PWM、PFM、PFC 等。等。據一種小功率隔離式 DCDC 電源控制器的研究與設計 報道， DC/DC 的主要作用是將一組電參數直流電變換成另一電參數的直流電能。目前存在的 DCDC 電源芯片主要包含兩種：一是線性電源，主要包括低壓差線性穩壓器（LDO）等；二是開關電源。兩種 DCDC 對比如下表

39、所示。其中，LDO 主要被應用于降壓穩壓、輸入電源隔離、濾波等。開關電源主要被應用于工作電壓轉換、隔離以及降噪等，相比于 LDO 其電路更加復雜，成本也相應更高。 表表 6: DCDC 線性穩壓器和開關電源特性對比線性穩壓器和開關電源特性對比，開關電源更復雜，開關電源更復雜 特性特性 線性穩壓器線性穩壓器 開關電源開關電源 優勢優勢 電路簡單，紋波小，噪聲低，無 EMI，結構簡單易于集成 效率高，電壓范圍寬，可輸出大電流，適用場合比較多，既能升壓又能降壓 劣勢劣勢 輸出電流較小，效率較低，適用場合少 電路復雜，輸出紋波大，有 EMI 問題 數據來源： 一種小功率隔離式 DCDC 電源控制器的研

40、究與設計 ，CSDN，國泰君安證券研究 圖圖 29：2026 年年 DCDC 市場規模超過市場規模超過 70 億美金億美金（單位：單位：百萬美元）百萬美元） 數據來源：Yole，國泰君安證券研究 綜合來 看，綜合來 看，DCDC 產品市 場規 模有望 達到產品市 場規 模有望 達到 76.7 億美金 （開 關億美金 （開 關DCDC+LDO） 。） 。根據 Yole 2021 年的報道，開關 DCDC 產品 2020 年的市場空間為 37.98 億美元，預計到 2026 年，這一規模將達到 44.96 億美金。 線性穩壓器來看， 2020 年市場空間為 27.13 億美元， 預計到 2026

41、年，市場規模有望達到 31.78 億美金。 LDO 電路結構較為簡單。電路結構較為簡單。 半導體行業觀察報道， 基本模擬 LDO 主要由運放、反饋和專用功率 P 溝道 MOSFET 實現，其中 MOSFET 的柵極電壓由運放來控制。運放會持續比較電路的輸出電壓與參考電壓，并實時調節 MOSFET 的柵極電壓，從而實現穩定的輸出電壓。 圖圖 30：LDO 電路示意圖電路示意圖 圖圖 31：buck 電路示意圖電路示意圖 數據來源：Qorvo 數據來源：Qorvo 開關電源開關電源可以分為隔離式和非隔離式?？梢苑譃楦綦x式和非隔離式。 根據變壓方式， 開關電源可以被分為隔離式和非隔離式，其中非隔離式

42、 DCDC 電源轉換效率更高，體積小，復雜度較低，基本拓撲主要包括降壓（buck） 、升壓（boost）以及升降壓型（buck-boost）等。隔離式 DCDC 電源通過變壓器來實現電壓的升降，抗干擾能力更強，安全性也更高，但通常體積較大，成本較高。 圖圖 32：boost 電路示意圖電路示意圖 圖圖 33：boost/buck 電路示意圖電路示意圖 數據來源： Qorvo 數據來源：Qorvo 表表 7: 非隔離式電源與隔離式電源優缺點對比非隔離式電源與隔離式電源優缺點對比，隔離式電源更復雜，隔離式電源更復雜 特性特性 非隔離式電源非隔離式電源 隔離式電源隔離式電源 優勢優勢 轉換效率高，體

43、積小，設計復雜度低，成本低 抗干擾能力強，容易實現升降壓，安全性較高，容易實現多路輸出，容易實現很寬的輸入電壓范圍 劣勢劣勢 抗干擾能力差，不容易實現輸入輸出極性相同的升降壓轉換，安全性較低，難以實現多路輸出，難以實現很寬的輸入電壓范圍 轉換效率低，體積大，設計復雜程度高，成本較高 數據來源： 一種小功率隔離式 DCDC 電源控制器的研究與設計 ，國泰君安證券研究 PFC 控制在開關電源中用以提高功率因數?？刂圃陂_關電源中用以提高功率因數。 功率因數 （PF） 指的是有效功率與總耗電量的比值，用以衡量電能被利用的效率。功率因數越大，表示電能利用率高。PFC 控制器通過對輸入電流波形進行調制，減

44、小電流諧波并減小輸入電壓與基波電流的相位差，提升 PF 值。在開關電源DCDC 中，PFC 控制器主要用以調節電流和電壓之間的相位差，減少功率損失。 圖圖 34：LC 濾波無源濾波無源 PFC 變換器示意圖變換器示意圖 圖圖 35：單級有源：單級有源 PFC 變換器工作示意圖變換器工作示意圖 數據來源： 分段定占空比控制的 DCM Buck/Boost PFC 變換器研究 ，國泰君安證券研究 數據來源： 分段定占空比控制的 DCM Buck/Boost PFC 變換器研究 ，國泰君安證券研究 相比有源相比有源 PFC，無源無源 PFC 調制效果更佳。調制效果更佳。根據 分段定占空比控制的DCM

45、 Buck/Boost PFC 變換器研究報道，目前 PFC 有兩種，一種為被動式 PFC（也稱無源 PFC） 和主動式 PFC （也稱有源式 PFC） ， 其中有源式 PFC 相比于無源 PFC， 能將 PF 值提升至 0.97 以上， 從而擁有更好的調制效果。 常見的 Boost、 Buck、 Boost/Buck、 Cuk、 Sepic、 Zeta、 Flyback、Forward 等各種 DC/DC 變換器都能用于有源功率因數校正。 DC/DC 開關電源調制開關電源調制主要包括主要包括 PWM 和和 PFM，由，由 PWM、PFM 或或PWM/PFM 控制器來實現?？刂破鱽韺崿F。 DC

46、DC 開關電源中核心功率開關器件的調制方式而言，常采用以下三種方式：1、脈沖寬度調試（PWM） ；2、脈沖頻率調制（PFM） ；3、混合脈沖調制（PWM/PFM） 。在不同應用中，要針對系統設計的要求，采用相應的脈沖調制方式，由 PWM、PFM 或PWM/PFM 控制器來實現該功能。 PWM方式：方式： PWM/PFM 控制的 Buck 型開關電源設計報道，當開關電源穩定工作時，PWM 比較器輸出幅值恒定但占空比不同的脈沖來控制開關器件的狀態，即為 PWM 脈沖調制方式。反饋電壓與基準電壓閉 環負反饋調節，對 PWM 脈沖占空比進行調控，進而實現對系統輸出電壓的控制。 PFM 方式：方式：當系

47、統輕載時，PWM 功耗大，為彌補 PWM 不足，PFM 被提出。PFM 調制方式有二：1、保持脈沖高電平時間恒定，調節低電平持續時間，來改變脈沖頻率；2、保持脈沖低電平時間恒定，調節高電平的持續時間，來改變脈沖頻率。 PWM/PFM 混合模式：混合模式：該模式可以理解為是 PWM 和 PFM 的融合，即開關電源的脈沖寬度和頻率均可以改變。 圖圖 36：PWM 調制方式工作原理圖調制方式工作原理圖 圖圖 37：PFM 調制方式工作原理圖調制方式工作原理圖 數據來源： PWM/PFM 控制的 Buck 型開關電源設計 ，國泰君安證券研究 數據來源： PWM/PFM 控制的 Buck 型開關電源設計

48、 ， 國泰君安證券研究 1.1.2.2. AC/DC AC/DC 模塊：模塊：AC/DC 主要應用于消費、 醫療、 工業和過程控制、 測量、半導體制造設備和國防等領域。例如在家電設備中，設備實現高效AC/DC 轉換可以顯著減少能量損失，節約成本。在電動交通領域，高性能的 AC/DC 可以有效加快充電樁的充電速度。在 AC/DC 系統中，通常包含低電壓控制電路及高壓開關晶體管，從而將交流變換為直流。 AC/DC開關包括隔離式和非隔離式兩類。開關包括隔離式和非隔離式兩類。 一般AC/DC開關電源包括隔離式和非隔離式兩種類型，非隔離式 AC/DC 開關電源主要應用于電壓較小的場景，常見的拓撲結構為

49、buck 降壓型以及 boost 升壓型。 隔離式AC/DC 開關電源應用更為廣泛，主要被應用于高電壓場景，如工業設備供電等，常見拓撲結構包括正激、反激、全橋、半橋、推挽等。 表表 8: 各種隔離型各種隔離型 AC/DC 開關電源特點開關電源特點 電路電路 優點優點 缺點缺點 功率范圍功率范圍 應用領域應用領域 正激正激 結構簡單、元件少、容易驅動輸出穩定 變壓器磁通工作在一個象限 幾百到幾 K 各種中、小功率電源 反激反激 電路簡單、成本低、容易驅動輸出穩定 變壓器磁通工作在一個象限 幾到幾十 小功率電源 雙管正激雙管正激 開關管耐壓值低、二極管鉗位實現變壓器復位 占空比限制為 50%，需要

50、很大的電感值 幾百到幾 K 各種中功率電源 全橋全橋 變壓器可以工作在兩個象限，可以做到很大的功率 結構復雜、高成本、開關管有一定幾率直通，電路輸出不穩定 幾百到幾百 K 大功率電源 半橋半橋 變壓器可以工作在兩個象限，無偏磁問題，成本低 開關管有一定幾率直通 幾百到幾 K 工業級電源和供電電源等 推挽推挽 雙向磁勵，損耗小，容易驅動 有偏磁問題 幾百到幾 K 低輸入電壓的電源 數據來源： 中功率高效 AC/DC 開關電源設計 ，國泰君安證券研究 AC/DC 中功能模塊主要包括中功能模塊主要包括 AD/DC 轉換器以及用于調制的轉換器以及用于調制的 PWM、PFM、PFC 等。等。根據低功耗