用于处理模拟信号的集成电路称为模拟IC
2018-11-28 09:33:56
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信号可分为模拟信号和数字信号。实际上,所有信号,包括光热、声和电信号,都属于模拟信号。例如,麦克风可以将声音的大小转换为电压的大小,从而产生连续的电压变化。这种连续信号称为模拟信号,用于处理模拟信号的集成电路称为模拟IC。


经过处理,连续模拟信号可以变换为零信号和两种不连续信号。例如,当计算机运行时,只有低压(0V代表0)和高压(1V代表1)。信号可以直接从0跳到1,或者从1跳到0,导致不连续的电压变化。不连续信号称为数字信号,用于处理数字信号的集成电路称为数字IC。

模拟信号与数字信号

电子系统中的信号经历了从模拟到数字再到模拟的过程,对应着信号的输入、处理和存储、输出的三个环节。信号的输入和输出分别由传感器和执行器完成,信号的处理和存储分别由处理器和存储器完成。从输入到处理再到输出,从现实到虚拟再到现实的桥梁由模拟器件(包括数模混合电路)来完成。

从模拟世界到数字世界

结合电子产品的系统流程,根据功能不同,可以将模拟器件分为信号链和电源链。信号链主要是指用来处理信号的电路,而电源链主要是指用来管理电池和电能的电路。信号链主要包括比较放大器、ADDA、接口芯片等。电源供应链主要包括PMIC、AC-DC、DC-DC、PWM、LDO和驱动IC。

电子产品系统示意图

电子产品系统供电系统示意图

事实上,电源系统不仅是功率集成电路,而且许多元件都以分立器件的形式存在,即功率分立器件(模块)。电源电路的原理基本相同,但由功率分立器件(模块)组成的器件集成到功率集成电路中。功率分立器件(模块)+功率集成电路=功率半导体。类似于:分立器件+集成电路IC=半导体。功率集成电路等效于SOC,功率分立器件(模块)等效于SIP。

一般来说,由于集成电路比分立器件更难制造,工业上的功率集成电路通常由模拟芯片公司制造,并且功率分立器件(模块)被分离为一个。考虑到功率集成电路和功率分立器件(模块)在技术和工业上有很多相似之处(第2章将详细研究),我们将模拟集成电路和功率分立器件(模块)结合起来,称之为“大模拟”产业。

根据WSTS的数据,到2017年,全球半导体市场将超过4000亿美元。其中,模拟集成电路占12.9%,DS分立器件占5.3%,大型模拟工业占18.2%。

根据IC Insights的数据,在2018年上半年,世界前15位的半导体制造商中有4家处于“大模拟”行业,即德州仪器、英飞凌、Enxop和AOS美国万代半导体。这些企业都是基于“大模拟”行业的,相关产品的收入份额几乎已经达到60%以上。

半导体产品分为两类:一类称为阳极,主要指CPU、GPU、存储器等数字电路。众所周知的摩尔定律,10nm,7Nm的高压工艺主要描述这种产品。数字电路产业已经沿着摩尔定律快速迭代,并且已经造就了一些半导体产业巨头。例如:英特尔、三星、英维达等。另一种类型被称为负膜,这是上面提到的。

“大仿真”产业。“大模拟”产业具有经验性、集中性和弱循环性三个主要特征。

1。强调经验:不强调摩尔定律和高端工艺;依靠手工设计,强调经验积累,研发周期长;行业主流模式仍然是IDM模式;

2。更加集中:产品种类繁多,产品应用广泛;产品寿命长,价格低;市场竞争格局更加集中;

三。弱周期:市场波动小,汽车和工业应用将成为未来增长的主要动力。

第一,沉重的经验。

(1)不同的制造工艺并不遵循摩尔定律和高端工艺

数字芯片主要为 CMOS 工艺,沿着摩尔定律发展,追逐高端制程,产品强调的是运算速度与成本比。例如苹果 A12 芯片和麒麟 980 都采用了台积电的 7nm CMOS 工艺。而目前模拟电路除了部分产品采用 COMS 工艺外,还有很多产品主要采用的是 BCD(BiCMOS/CMOS/DMOS) 、 CDMOS 工艺等特色工艺,产品强调的是高信噪比、低失真、低耗电、高可靠性和稳定性,制程的缩小反而可能导致模拟电路性能的降低。模拟电路多采用成熟制程(28nm 以上, 1μm、 0.5μm、 0.18μm、 0.13μm 等),主要在 4、 6、 8 英寸晶圆产线上生产,目前仅有德州仪器、英飞凌、AOS美国万代等极少数模拟企业拥有 12 寸晶圆产线。

不同尺寸的晶圆厂工艺及产品组合

(2)依靠手工设计,注重经验积累,研发周期长。

在设计方面,模拟电路和数字电路差别很大。数字电路设计的核心是逻辑设计,可以通过软件进行仿真和调试。

数字电路设计流程

模拟电路设计的核心是电路设计,需要根据实际产品参数进行调整和折衷。数字电路设计辅助(EDA)是丰富的,而模拟电路设计辅助远远少于数字设备。因此,模拟电路的设计更多地依赖于手工设计,并且需要来自工程师的更多经验。半导体行业有“一年数字化,十年类比”的说法。模拟设计者通常需要至少3到5年的经验,而优秀的模拟设计者则需要10年以上的经验。另外,数字电路的设计一般团队操作量大,研发周期短;而模拟电路的设计一般团队操作量小,研发周期长。

模拟电路的设计路线

(3)主流供应商仍然采用IDM模型

随着台积电OEM模式的建立,半导体产业链逐渐从IDM模式向VDM(设计-OEM-封装)模式转变。然而,与数字集成电路相比,模拟器件OEM的最大特点是标准化程度低,导致可移植性低。目前,德州仪器、英飞凌、安森美、AOS美国万代等模拟电路领域的主流厂商仍采用IDM模式。为了开发具有竞争力的产品,模拟电路需要在设计和工艺上密切合作。

二,更加集中

(1)产品种类多,应用范围广

大型模拟电路应用广泛,用途广泛,是所有电子系统不可缺少的组成部分。大型模拟电路产品种类繁多,电压、电流、频率等参数的组合形成了多种产品。

(2)产品周期长,价格低

模拟电路的寿命比模拟电路的寿命长得多,甚至许多模拟电路产品的寿命都超过10年。例如,70年代末引入的音频运算放大器IC是最常用的音频放大器集成电路之一。近50%的多媒体扬声器IC使用,其生命周期超过25年。模拟电路产品的价格通常偏低,占下游终端成本的比例很小。

(3)竞争格局更加集中。

由于大型仿真产业高度重视经验积累、研发周期长、产品种类多、价值低等特点,其产品和技术难以复制和更换。市场竞争格局越集中,越强越强,法律越突出。

2017年度模拟IC芯片市场占有率

根据IC Insights的数据,2017年模拟集成电路行业CR10收入占59%。根据IHS数据,2016年电力分立器件(模块)行业的收入占CR10的61%。

三,弱循环

(1)市场波动小

大型模拟产业的市场不容易受到单一产业波动的影响。市场的波动远小于存储芯片等数字电路的波动。市场波动幅度较小,周期较弱。模拟芯片是全球半导体工业的晴雨表,基本代表了整个市场的发展。根据WSTS的数据,2017年全球模拟芯片市场约为531亿美元,全球离散设备市场为217亿美元,年增长率约为10%。

(2)汽车产业是未来发展的主要动力

在过去,3C是模拟集成电路和功率分立器件发展的主要动力。然而,随着3C市场增长放缓,汽车和工业自动化应用市场正在逐步兴起。同时,汽车和工业对汽车产品的需求高于3C产品,价格和毛利率也较高。因此,汽车产业将成为未来的一大模式。该行业的主要增长动力。

(1)从技术到规模,国内大型工厂与国际大型工厂的差距明显。

在模拟集成电路方面,根据WSTS数据,中国模拟芯片市场在2016年达到1994.9亿元,同比增长13.55%,占全球模拟芯片销售额的62%。根据赛迪咨询公司的数据,尽管国内模拟集成电路市场巨大,但前五名的制造商都是欧美跨国公司。2016年,德州仪器、恩治普、英飞凌、AOS美国万代和意大利半导体分别占国内模拟集成电路市场的12.4%、6.3%、5.9%、5.3%和5.2%。2017年,德州仪器公司营业收入近1000亿元,而国内领先的模拟公司硅利杰公司2017年营业收入只有19亿元,盛邦公司2017年仅占5.32亿元。

圣邦证券只有大约1600种产品。国内高端放大器、AD/DA等模拟IC几乎都依赖进口。

在分立器件领域也是如此。虽然中国大陆和台湾的制造商已经开始进口低端功率器件,如二极管、晶闸管和低压MOSFET,但外国制造商占据了大部分市场份额。2017年,NXP 45%的收入来自中国大陆地区,英飞凌25%的收入来自中国大陆地区,61%的AOS美国万代半导体收入来自中国大陆地区。

在中高端MOSFET和IGBT主流器件市场上,中国主要依靠进口,基本上被国外的欧美和日本企业垄断。目前,以杨洁科技、华为电子、十兰卫为代表的电力半导体龙头企业的市场份额非常低,存在巨大的进口替代空间。

(2)模拟OEM,促进产业生态发展,把握产业变化机遇

如上所述,由于模拟设备OEM的标准化程度低、可移植性差,IDM模式仍主要应用于模拟工厂。随着数字OEM模式的成熟,模拟OEM模式逐渐出现。安森美半导体、AOS美国万代半导体、BCD、东步HiTek、IBM、Magna芯片半导体、NEC、Tower/Jazz、TSMC、Vanguard、X-Fab Silicon Foundries等均设有模拟代理服务。

在中国大陆,有中芯国际、华宏半导体、上海先进半导体、CSMC等,它们都由中信国际、华宏半导体数字与模拟OEMs共同经营,而上海先进和华容上华主要经营模拟OEMs。

目前,国外品牌的模拟电路仍占据着市场的主导地位。国内模拟芯片制造商(IDM)的技术、生产规模与世界领先水平存在较大差距。国内的模拟芯片制造商在进入高性能的模拟芯片领域时,在生产过程中会遇到困难。由于应用的需要,高端模拟芯片需要更复杂、更高级和特殊的模拟(或混合信号)处理来支持。目前,这种生产技术还不够成熟。

但是,由于世界上大多数模拟电路生产线都是6英寸/8英寸,中国现有的设备与世界一流企业没有太大的差别,国内产业链也从晶片制造到密封测试日趋完善;e、专利到期和人才流动有利于降低专利技术门槛。以管理集成电路为例,TSMC的BCD工艺覆盖0.6-0.13微米节点,而华宏半导体和华润上华的BCD工艺覆盖0.5-0.13微米节点。虽然同一节点仍然存在技术差距,但与国际巨头的差距正在缩小。

国内模拟芯片制造企业凭借国内市场需求强劲、贴近国内市场、生产成本相对较低的优势,积累了数年的技术,加快了新技术的引入,提高了品牌意识和市场意识。完善的管理和服务,以及良好的本地支持。趋势开始显现,市场前景看好。仿真OEM的开发将有利于工业生态建设和人才的培养,从而促进仿真设计和IDM企业的发展。

(3)国内厂商扩大国内需求,由低端向中高端渗透

大型仿真产业的进口替代空间很大。国家政策通过模拟OEM,大力支持产业发展,促进产业生态建设。此外,受中美贸易摩擦和中兴通讯事件的影响,终端制造商逐渐将供应链转移到国内市场,这有利于加快本土化进程。

国内IC设计公司涉足各类模拟器件,部分产品市场占有率较高。例如,中国制造的AB和D音频功率放大器的质量和性能已经接近或超过欧美产品,功率集成电路在一些细分领域也取得了重大突破,背光LED驱动器占据了主导地位,并一直处于领先地位。在TD-SCDMA射频芯片、DisplayPort接口芯片等多个领域处于世界前列。但是,高端应用产品仍然比较薄弱,国内模拟芯片的总体技术水平比较薄弱。

对于国内制造商已经取得技术突破的低端产品市场,测试是销售能力;对于国内制造商尚未取得技术突破的高端产品市场,测试是研发能力。

看看模拟芯片行业的现状,首先看看低端市场:行业转移下撤大厂,测试销售能力。

国内对低端产品的需求量很大。与全球市场相比,中国模拟设备市场对智能手机和消费电子产品的需求更大。由于中国是世界上最大的消费电子产品生产基地,对消费电子产品的模拟芯片的需求特别高,对中低端产品的需求也比较大。

在模拟集成电路方面,2016年国内模拟集成电路主要用于网络通信、消费电子、计算机、汽车电子、工业控制等领域,分别占40%、27%、9%、9%和12%。以电力管理集成电路为例,欧美公司仍然占据着世界电力管理集成电路的主要市场。然而,由于电力管理应用的分散化,没有一家公司能够主宰市场,世界上最大的TI、National等只能达到市场份额的10%左右。随着应用程序继续流向亚洲,尤其是在国内,亚洲公司的份额正在显著上升。例如,在过去的几年里,在电脑的驱动下,十多家电源管理IC公司已经在台湾上市。在智能手机产业链的带动下,中国大陆有十多家电力管理IC公司上市于A股主板或新的第三板块。

在离散器件方面,以MOSFET为例,近十年来MOSFET的市场需求主要集中在3C产品,如计算机或移动电话。随着IDM工厂的扩大产能和工艺每年都在收缩,在供应过剩的情况下,价格每年都在下降。直到2015年和2016年,当价格下降到几乎不可能赚钱的时候,一些IDM工厂开始淡出市场。例如,日本Renesas公司三年前宣布将退出3C应用MOSFET市场。国际IDM工厂,如英飞凌、威夏、意大利、法国和ON Semi,近年来没有扩大生产。中风。随着高端需求(汽车和工业应用)的快速增长,IDM已经将低端3C应用的生产能力转移到高端汽车和工业控制MOSFET和IGBT。大型国际工厂逐渐从低端市场撤出,导致市场供应缺口,给国内制造商提供了发展机会。

对于国内需求大和国际大型工厂撤出带来的低端市场机遇,如果国内厂商的技术能满足要求,最终份额的提高将考验厂商的销售能力。

第二,高端市场:以汽车产业为主动力,测试研发和并购能力

如上所述,汽车工业将成为未来大型仿真产业的主要增长引擎。汽车需求主要来自电动汽车,工业需求主要来自工业自动化。中国是增长最快的电动汽车市场,也是全球制造中心。未来对大型模拟产品的需求将会很大。汽车和工业产品的性能高于3C产品。测试是制造商的研发能力。价格和毛利率也较高。此外,以GaN和SiC为代表的第三代复合半导体带来的技术变革也将考验国内厂商的研发能力。

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制造商零件编号:AO3419
制造商:Alpha & Omega Semiconductor Inc
描述:MOSFET P-CH 20V 3.5A SOT23
系列:-
FET 类型:MOSFET P 通道,金属氧化物
FET 功能:逻辑电平栅极,2.5V 驱动
漏源极电压 (Vdss):20V
电流 - 连续漏极 (Id)(25°C 时):3.5A(Ta)
不同 Id、Vgs 时的 Rds On(最大值):75 毫欧 @ 3.5A,10V
不同 Id 时的 Vgs(th)(最大值):1.4V @ 250μA
不同 Vgs 时的栅极电荷 (Qg):6.6nC @ 4.5V
不同 Vds 时的输入电容 (Ciss):620pF @ 10V
功率 - 最大值:1.4W
安装类型:表面贴装
封装/外壳:TO-236-3,SC-59,SOT-23-3
供应商器件封装:SOT-23-3

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