纳芯微—隔离芯片领域的龙头（上）

目前A股上最有名的3家模拟芯片公司是圣邦股份、思瑞浦、芯海科技。其中，圣邦股份主要以电源类模拟芯片为主，思瑞浦、芯海科技以号链类模拟芯片为主。号链模拟芯片设计难度高于电源模拟芯片。最近刚上市的纳芯微隔离芯片领域有非常强的技术优势和先行优势，在A股中属于稀有的标的。为了保持文章的连续性本人还是会从最基础的部分介绍，有基础的读者请自行跳过。:-D :-D

一、半导体行业

半导体行业分为集成电路和广义分立器件，不能被集成的电子元件都可以是分立器件，集成电路产业规模大约占整体的85%，剩下15%是广义分立器件的市场。

广义分立器件中，占比最大的是狭义分立器件（下文简称“分立器件”），分立器件包括二极管、三极管、晶闸管等，三极管中有包括电子管和晶体管，因为电子管是上世纪的产品，现在基本已经完全被淘汰了，所以“晶体管”的称谓也就替代了三极管。晶体管目前最大的趋势就是其材料正在“第三代化”，从硅基地向SiC、GaN材料演进，加之第三代半导体应用的功率半导体领域对制程要求不高，其产业链在国内迅速的发展。国内从设计、衬底、外延、器件代工等企业也都迅速发展，鉴于功率半导体代工厂投资规模较逻辑芯片代工厂投资金额小的原因，未来肯定会有一批IDM类型的公司跑出来。

集成电路中，可能人们对逻辑电路更熟悉，因为生活中我们最“耳熟能详”的都是一些大规模逻辑运算芯片，比如电脑的CPU、挖矿+显卡+AI运算的GPU、华为被美国卡脖子的CPU，这类芯片对制程的要求非常高，而且需要建立硬件+软件生态，中国在大规模逻辑芯片领域要突破非常难（所以这个领域骗子比较多，武汉和济南GZW的心还在滴血）。

集成电路中除了超大规模集成电路，就是一些“超小规模集成电路”了，美其名曰“微控制器MCU”，这类芯片对制程要求不高，对生态要求也没那么强，搞好自己的一亩三分地，一样能发家致富。以兆易创新为代表的国产MCU厂商开启了国产替代的大潮，在很多消费电子领域与意法半导体做到Pin to Pin（芯片爪对爪）。另外就是在车规级MCU领域，过去两年的缺芯给了中国厂商机会，如果可以进入车厂，价格、销量、时间都会很大保证，大家也都削尖了脑袋向车规级MCU发起进攻。

超大规模集成电路另一个方向就是存储芯片，主要包括易失性存储和非易失性存储，就相当于电脑的内存条（断电内容就没了）和SSD硬盘（断电保存过的文件还在），因为存储芯片对支撑要求没那么高，而对刻蚀的要求很高，而幸运的是中国的刻蚀机领域的技术还算可以（例如中微电子），所以也得到一定的发展，长江存储和睿力集成ZZ也是下了血本，未来上市就是巨无霸级的公司。

除此之外，集成电路中还有一类芯片就是我们今天的主体模拟芯片。

二、模拟芯片

模拟芯片属于半导体行业-集成电路-模拟芯片。模拟芯片分为2大类。一类是号链芯片，一类是电源链芯片。号链是链接真实世界与数字世界的桥梁。电源链芯片则管理和分配电源。

首先外界的感知元件将外界的物理号转化为电号，此时的电号有几个特点首先号是连续的，其次号是很微弱的，再次号是有噪音的，这样的号MCU（逻辑芯片）是没有办法处理的，因此需要进行放大、滤波，进行以上操作的号依然是模拟号，在此之后由ADC（模数转换器）将模拟号转换为数字号，数字号可以被CPU、MCU、GPU等逻辑芯片处理。被处理后的号，再经过DAC（数模转化器）将数字号转换为模拟号，并进行放大后输出到终端控制器件。

在上述过程中，电源芯片负责整个系统的电源供应。例如，负责AC/DC转换的电源侧芯片、对电池进行计量/充放电管理的电源管理芯片、负责为不同子系统提供电源的DC/DC/LDO电池侧芯片、为特定场景提供电源的芯片（LED芯片、马达芯片、场效应管驱动芯片等）。

号链产品主要分为 3 大类，根据 IC insight 预测，按 2020 年市场规模排名为线性产品（38 亿美元）、数据转换器(37 亿美元)、接口产品（27亿美元），按 2020 年-2023 年增速排名为数据转换器(9%)>线性产品（5%）>接口产品（4%）。在号链产品中，转换器（包括ADC和DAC等）的难度最高，是模拟芯片“皇冠上的明珠”，其中高速高精度ADC也是被《瓦瑟纳尔协定》管制的半导体芯片，因为这东西可以直接安装在DaoDan上。

（一）号链——线性产品

线性产品主要是各种放大器，用于提供功率，放大器是一种用来提高功率的芯片，它使用来自电源的电力，来增加输入端号的幅度，从而在输出端产生按比例增大幅度的号。下图是一个最基本的线性放大器，Vout=常数×（V2-V1），输入号的差可以被放大几万倍，这是最基本的功能，线性放大器的用法很多，不同的连法可以实现各种各样的功能，在号放大、电路缓冲、号转换等领域都有非常广的应用。对放大器的具体原理和其他的用法有兴趣的可看一下链接。

（二）号链——模数转换芯片

数据转换器全球市场规模约为40亿元，2020-2023年CAGR为9%。数据转换器为模拟芯片中难度最大的。CR5市占率超过80%（半导体设备也不过是这个集中度），可见技术含量之高。模数转换芯片之所有难，是因为与逻辑芯片不同，模数转换芯片都有自己独特的“祖传配方”，这些“配方”不是专利，更多的是一些know-how体现，其他公司想要偷学非常困难，而且设计、工艺高度匹配，脱离原来的产业链即使有设计图也造不出来，这让模数芯片成为最难制造的芯片。

数据转换器用于模拟号与数字号之间的转换传输，按照转换方向，数据转换器分为ADC和DAC。ADC（Analog-to-DigitalConverter，模数转换器）将模拟号转换成数字号，如将声音、温度等模拟号转换成可存储、传输的数字号；而DAC（Digital-to-AnalogConverter，数模转换器）是将数字号调制成模拟号，如MP3播放音乐就是将音乐数字号调制成我们可以听到的模拟号。市场上的数据转换器分为三类，ADC、DAC和混合号转换器（ADC+DAC），其中ADC占比最高，占比超70%。

混合号转换器一般是应用在将模拟号输入到芯片进行处理后，再转化为模拟号输出的场景。如下图。

采样速度和转换精度是衡量ADC的重要指标。采样速度代表着ADC可转换带宽的大小，衡量指标主要是采样率（SamplePerSecond,SPS），采样率指芯片每秒采集模拟号的个数,采集率越高，采集的点数越多，转换时对模拟号的还原度越好。转换精度衡量转换出来的数字号与原来的模拟号之前的差距，ADC 芯片的精度通常用分辨率 8bit、16bit 等位数表示，分辨率越高代表着 ADC 精度越高、对模拟号的还原越好，8-bit 代表着模拟号与数字号之间的最大差距是 1/(2^8)。

ADC芯片有不同的架构，主要有 5 种常见架构闪存式、流水线型、逐次逼近型、Σ-Δ型和双斜率型，其中最常见的是逐次逼近型（SAR结构）和∑-△结构，要理解不同的架构需要一点电路知识，上链接。但无论用那种工艺，采样频率和采样精度都是负相关的，并且每种架构有自己的精度和速度的大体范围。

另外要说的是，ADC、DAC都是《瓦瑟纳尔协定》的限定清单中，因为这东西可以直接应用在很多武器上，根据常识我们都知道，凡是被美帝国主义管制的都是好东西。

数据转换芯片的精度、速度、架构、代工工艺（锗硅工艺）之间是相互印证的。例如，某企业说自己是“最大分辨率为32”但是架构是闪存型，或者说自己是告诉高精度ADC，但是在没有锗硅工艺的代工厂代工，那么八成是PPT圈钱公司。

（三）模拟芯片——接口芯片

号调节器针对传感器输出的原始号或系统输出号中的一个环节进行返工，以满足下一个环节的输入要求。换言之，当我们从传感器获得号时，通常情况下，它不是我们想要的，需要借助号调节器，通过滤波、放大、线性、号变换、调制解调将其转换为合适的号，用于接口的后续测量和控制单元。如 HDMI、DisplayPort™、MIPI、以太网、PCIe、UPI、CXL™、SAS 、SATA 的重定时器、中继器、转接驱动器和多路复用器等，都属于号调节器的应用。以以太网芯片为例（见下图），不同层之间有自己特有的数据结构，而不同层之间传递数据需要通过接口芯片转化后才可以。

收发器是一种在共享电路上结合传输和接收能力的设备。例如CAN 收发器、以太网光纤收发器。还是入上图所示，物理层之间通过网线传递号，物理层的PHY芯片需要根据指令将物理层的号向网线里发射，或者接受网线传来的号，这就是典型的收发器。

隔离器由于号在传输过程中会遇到各种干扰，可使用隔离器来进行隔绝干扰。隔离的主要目的是阻断输入端非正常变化的传导，从而保护后端的负载。隔离器可分为四类光耦隔离、磁耦隔离、容耦隔离、巨磁阻隔离。

其中，光耦隔离最为常见，采用发光二极管和光敏三极管实现“电-光-电”转换，主要用于固体继电器、电话保安电路、固体开关电路、触发电路以及变压器等。在2000年以前，光耦是唯一的一种隔离芯片。

电磁耦合隔离器由初级电路、片上变压器、次级电路组成，利用“电-磁-电”变化原理实现号的隔离传递，其中如何设计和加工具有高耐压的片上微型变压器，并构建与之精确配合的发送和接收电路是电磁隔离器设计的关键技术。

电容耦合隔离器由初级电路、片上电容、次级电路组成，利用电容的“通交流、阻直流”特性实现号的隔离传递，其中如何设计和加工具有高耐压的片上电容以及提高共模瞬态抑制能力是电容耦合器的设计关键技术。

巨磁阻隔离器由初级电路、线圈、巨磁阻薄膜、次级电路组成，利用线圈产生磁场，并由巨磁阻薄膜感知磁场变化实现号的隔离传递，其中如何设计和加工巨磁阻薄膜，是巨磁阻隔离器设计的关键技术。

光耦和数字隔离芯片的主要特点如下

总结尽管从“学术”分类的角度我们“头头是道”，但是在实际使用一个器件中可能包括着多种数字芯片、模拟芯片的混用。就是最简单的传感器，需要传感器前端将物理量转换为连续的电号、需要接口芯片对号进行调理、需要ADC芯片将模拟数字转换为数字号、需要MCU处理数字号……。

三、纳芯微在隔离芯片中的地位

纳芯微隔离产品料号数量国内压倒性第一，在全球范围内不输头部巨头。在电子产品中隔离几乎无处不在，基本上只要涉及到人机接触、两侧电压相差悬殊（是否悬殊以低压侧的耐受力为参考，例如人的耐受电压为36V，而一个MCU的耐受电压可能只有5V）都要涉及到隔离电路。

隔离芯片或者说隔离工艺又可以与其他功能相组合，例如隔离电源、隔离接口、隔离驱动、隔离采样等等，可以说隔离芯片无处不在。