被贊譽為芯片皇冠上的明珠，ADC（Analog-to-Digital Converter，模擬數字轉換器）的重要性在幾十年內從未被動搖。進入AIoT和5G的時代，因為與物理世界交互需求的增加，ADC作為信號鏈核心的地位還在穩步提升。

對于中國的芯片界來說，ADC以及整個信號鏈芯片的國產化都是繞不開的話題。特別是華為禁令事件的爆發，更是將ADC的國產替代進程送上快車道。

進步神速

ADC是一大類芯片的統稱，經過幾十年的演進，已經產生出針對不同應用的多種架構，最為常見的是SAR（逐次逼近）型、∑-Δ型、Pipeline（流水線）型，閃速（Flash）型。按照分辨率和采樣速率，可以最直觀地分辨這些架構。

以采樣速率從低到高的順序排序，最低的是∑-Δ型，最高的是Flash型（目前已經很少用到）；以分辨率從低到高的順序排序，則正好反之。

精度和速度是一對矛盾的指標，一方追求極致，則另一方就做出犧牲。但數字信號處理技術和數字電路工作速度的提高，以及對于系統靈敏度等要求的不斷提高，對于高速、高精度的 ADC需求越來越大。

在美國的出口管控中，對各分辨率范圍的ADC都設置了一條采樣速率“紅線”，只要越雷池一步，就要遭受禁運。舉例來說，12位～14位ADC，采樣速率不能超過400MSPS；14位～16位，采樣速率不能超過250MSPS。

這一紅線是國產ADC與進口ADC的指標分水嶺，但是進步神速的國內企業，已經開始沖擊這道封鎖線。比如，商用的國產14位ADC的采樣速率已經達到500MSPS，還有初創公司開發的14位、1GSPS的ADC也進入樣片測試階段。

在禁令標準之下的較低分辨率或采樣速率的ADC，國內產品更是遍地開花。“舉例來說，采用CMOS工藝的低速∑-Δ ADC風起云涌，已經呈紅海狀了。”業內人士這樣表示。

∑-Δ ADC的優勢在于分辨率，目前最高可達到32位，主要應用于高精度數據采集，特別是傳感器、數字音響系統、多媒體、地震勘探儀器、聲納等領域。國產廠商的高精度∑-Δ ADC完全實現了國產化，且性能不輸國際同行。

如果是應用更為廣泛的SAR ADC，其因為電路規模中等、功耗低，且能兼顧分辨率和采樣速率而很受市場歡迎，國產ADC芯片也是風起云涌。據原子半導體聯合創始人袁文章介紹，12位1～3Msps SAR ADC已經成為國產MCU的標配，基本以IP或者die的形式存在，更高精度的單片14位甚至是16位SAR ADC也有廠商開始供貨。

原子半導體就是其中之一。該公司是基于港科大袁杰教授在長期的芯片項目研發儲備和技術積累，從港科大分離出來的一家混合信號/模擬芯片設計初創企業。2020年9月，原子半導體正式流片16bit SAR ADC系列，最高采樣率可達10MSPS。

如此多的國產ADC芯片井噴式涌現，讓樂觀者感覺國產ADC全面替代為時不遠。但袁文章不這樣認為，“今年國產ADC芯片還不算完全起勢，因為國產替代始終是個循序漸進的過程，需一步一個腳印，從技術和制造工藝上逐步突破。”

盤根錯節的市場

左右ADC替代周期長短的重要因素就是復雜的市場狀況。ADC的下游應用非常分散，消費、工業、通信、醫療、交通等無所不包，“要建成羅馬”絕非一日之功。

消費電子市場的國產替代最為領先，其規模和活力也是其他市場暫不能企及的。ADI、TI、Maxim等國際巨頭當前更為關注工業、通信、醫療等領域，那里利潤更加豐厚，客戶更為分散，是它們的營收重要來源，

ADC在消費電子領域很少以分立芯片的形式出現，都與MCU內核集成在一起。有實力的國內MCU廠商選擇自研ADC，不具備研發能力的則通過專業的ADC公司或其他渠道購買相關IP或者die。晶圓廠和EDA公司也能提供性能不錯的ADC IP，使這個賽道競爭激烈。

即使利潤較低，國內廠商們也依舊看重這個市場。“原因是消費市場的掙錢很快，影響力也很大。”一位業內人士道出了其中關鍵。國內的ADC廠商大部分經過消費電子市場洗禮，在與國際巨頭的短兵相接中，逐步壯大了技術實力并贏得了市場份額。消費市場如今已難覓進口ADC的身影。

滯留在消費電子市場，國內廠商還有一個苦衷，要進入工業、通信等市場，以往“難如登天”，連獲得測試的機會都很稀缺。好在中美貿易戰開始以后，情況終于有了改觀，行業客戶向國產廠商終于打開了大門。

不可否認，這些市場本身對ADC的性能要求也非常嚴格。核芯互聯（北京）科技有限公司董事、總經理胡康橋告訴記者，為了滿足客戶的要求，他們在一個月內對一款芯片連續改版四次。“有一些指標都是平常不會注意的，比如各通道的隔離程度，閉門做設計的時候根本想不到。”

這款產品最終打入了國家電網，實現了對國際大廠同類產品的替代。但是這個過程也讓胡康橋和團隊認識了工業市場的殘酷一面。“芯片先送去客戶那里做一兩個月的壓力測試，然后送去國網測試中心去測試，再進行掛網測試，最快都要半年時間，這么長的周期，小公司真是很難扛。”他感慨道。

回報與付出也是成正比的。產品一旦被工業或通信客戶所接納，就有很長的生命周期，利潤也相當可觀。再者，因為這些行業的戰略重要性，國產替代的熱情很高漲，國內廠商已經看到了巨大的商機。

縱然如此，不少廠商還是會望而卻步。胡康橋給記者算了筆賬：“即使是華為的5G基站，一年以幾十萬個來計，里面的ADC等模擬器件最多就幾百萬的用量，根本無法與動輒出貨上千萬或過億的消費市場相比。”要真正進入這些市場，國內廠商就要在長期投入和短期收益之間做個取舍。

除此之外，還有很多的特定應用市場對國產ADC來說依然是“門難進”，如醫療電子、測試測量儀器儀表等對芯片性能和質量的要求高于對芯片成本的行業，由于沒有給予足夠的“試錯”機會，加之國際巨頭也全力提高技術護城河（像ADI、TI都推出了針對醫療領域的256通道ADC模塊），使得國內企業短期內很難形成替代之勢。

不能馬踏平川，要一個一個市場的去爭奪，國內企業的前路依然漫長。

天花板

同很多芯片一樣，中國企業完成了從0到1的過程，接下來才是真正的考驗。

因為華為禁令，很多人知道了超高速ADC。5G基站使用的超高速ADC，對國內來說就是一片空白。后來，海思雖然用自研的ADC做了替換（指標不明晰），依然不能掩蓋行業的尷尬處境。

5G通信要支持需要100MHz甚至400MHz的RF信道帶寬，這是需要超高速ADC的主要驅動因素。因此，最理想的數據轉換器采樣速率是1～3GSPS的量級，業界一般采用Pipeline型ADC來實現，分辨率為14位，目前尚無國內廠家可以達成。

據業內人士透漏，國內某些研究所可以開發RF微波器件，也包括高速、高精度ADC，只是沒有批量成熟的量產工藝，出貨還要依靠分篩，僅限于滿足小批量不太計成本的應用。

多重因素造成了今日的局面。北京半導體行業協會副秘書長朱晶認為，禁運是首要原因，再加上技術門檻確實很高，國內的技術積累也不夠，最后是系統廠商以前也沒有給大量的國產替代機會，使得國內遲遲不能突破高速、高精度ADC的壁壘。

曾任職國外多家模擬芯片公司的技術專家藍凱（化名）指出，工藝是一個決定性的因素。“不要說中國，整個亞洲地區都沒有適配高速模擬的工藝制程。”

制造ADC會采用到CMOS、GaAs HBT和SiGe BiCMOS工藝。其中，CMOS的優點是便于與數字電路集成，且截止頻率高、功耗低；GaAs HBT的擊穿電壓高、但功耗較大；SiGe BiCMOS的截止頻率高，且具有抗輻射性，缺點也是功耗較高。高速ADC多為BiCMOS工藝制造， 只有ADI、TI這些采用IDM模式的公司才掌握著該工藝的“絕活”。

“ADC精度和分辨率的高低主要取決于器件內部的電阻網絡，在ADI公司內部，如果要使用高性能的薄膜電阻，都需要特批。”藍凱以這個例子來說明大廠對工藝細節的把控。

此外，工藝上的不斷調校，才能讓ADC這類模擬器件發揮出最好的性能。藍凱說：“單從晶圓制造上講，MPW（多項目晶圓）過后都要改上幾版后才能摸到晶圓上的門道。”相比之下，國內的ADC廠商都是Fabless模式，不具備這種反復調校的條件，很難實現設計和工藝的緊耦合。

從設計層面來講，國際大廠也已形成了嚴密的專利布局，對后來者層層設防。比如，對高速ADC非常關鍵的校準，國內廠商想要突破，就很難繞過大廠的專利壁壘。

最后，就是老生常談的人才問題。設計和工藝的同步研發是模擬的難點，設計師必須有深刻的工藝理解能力才能搞定模擬芯片。但當前的情況，不要說能掌握全局的設計師，即使普通的模擬芯片工程師也非常匱乏。“1年數字、10年模擬”，培養和留住模擬人才已成當務之急。

工藝、專利、人才，要征服高速ADC，還要翻過三座大山。

亡羊補牢

華為禁令敲醒了中國半導體行業，也讓人們注意到模擬芯片的重要性。

在資本市場上，先后有圣邦微、思瑞浦、芯海科技登陸成功，還有昆騰微即將IPO。國內的信號鏈廠家終于贏來了曙光。

創業的路上，不少懷揣著產業報國理想的人也選擇了信號鏈這個賽道，期望改變行業格局。這其中，不乏海歸金領，高校精英，以及傳統信號鏈公司的骨干成員。

很多團隊以突破高速ADC禁令為口號，也獲得了資本的加持，但是真正做出的產品還是少之又少。業內人士將此歸結于實驗室理想與行業現實之間的巨大差距。資深半導體投資人王磊（化名）就認為：“往往有很多團隊，雖然高舉高打，號稱融資多少，專攻高端芯片，但最后還是要做一些中低端的民用產品來養活自己，這就是比較可憐的現實。”

朱晶則指出，這個問題要歸結于這個ADC本身，它還是需要一定的技術積累和不斷迭代和磨練的，真正從正向做起，并非易事。

凡是做過ADC的人，都坦言ADC并不好做。一枚小小的芯片，蘊含一個復雜的系統，是精雕細琢的產物。國際大廠為了規劃好一顆ADC，往往要進行多次調研，認清市場的真正需求后才進行產品定義。這樣做出的產品才能真正得到市場的認可，擁有長久的生命周期。

清華大學王志華教授曾經稱，中國模擬芯片想要發展，就必須要在存量市場做到性能更好，價格更低，這樣才能贏得市場。而這一切的基礎，就是堅定的信心和極致的工匠精神。

千里之行 積于跬步。做ADC如此，做模擬芯片莫不如此。
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