电子测量仪器：必备的基础电子测量工具
电子测量仪器按应用领域分为专用和通用两大类。电子测量仪器以电量、非电量、光量作为测试对象，测量其各项参数或控制被测系统运行的状态。电子测量仪器按应用场景分为专用和通用两大类：1）专用电子测量仪器：针对特定对象和特定目的而设计，应用场景较为有限，如光纤测试仪器、电磁兼容EMC 测试设备等。2）通用电子测量仪器：为了测量基本电参数而设计，适用于多种电子测量场景，应用范围广泛，市场需求量大。
电子测量仪器中芯片及电子元器件占原材料采购的60%，采购均价稳中有降。电子测量仪器是高级精密电子仪器，其原材料主要包括IC 芯片、电子元器件、PCB、显示屏和结构件，占原材料采购的 35%-45%、15%-20%、5%-10%、5%-10%、15%-20%（综合参考鼎阳科技和普源精电的原材料采购情况），芯片和电子元器件合计占比超 60%。
近年来芯片采购均价整体基本稳定，电子元器件价格受市场供需变化影响有所波动，整体采购均价呈下降趋势。 示波器使用上百种 IC 料，涉及芯片种类繁多，单一芯片成本影响较小。以鼎阳科技为例，SDS6000Pro(2GHz 带宽、12bit 分辨率)数字示波器使用物料500余种，其中含 IC 料 100 余种类，主要包括放大器、ADC、DAC、FPGA、RAM、CPU、MCU、电源芯片、接口隔离芯片等。按采购金额占比来看，2018-2020 年公司原材料采购中 IC 芯片占比 40%-45%，放大器、ADC、FPGA 占比6%、5%、4%，其余芯片种类占比更低。按重要性来看，放大器和 ADC 是示波器模拟前端部分的核心芯片，随着带宽越高、对其性能要求越高。FPGA 是多款产品的主要原材料，用于示波器、信号发生器、频谱仪等产品线，大量测量分析功能均需通过FPGA 实现，对其性能及逻辑设计算法要求较高。具体来看：
1）放大器芯片：属于专用芯片，是模拟前端电路的核心，实现对模拟信号的阻抗变换、偏置控制、增益控制和单端转差分等功能。鼎阳科技2018-2020 年放大器采 购 额 占 芯 片 采 购 的 15% 、 占 原 材 料 采 购 的6% 左右，单颗均价分别为5.16/5.53/5.42/4.81 元。数字示波器的前端电路包括多个运算放大器、可变增益放大器芯片、电阻、电容以及三极管等器件，中低带宽示波器（≤2GHz）的前端电路设计可采用分立器件架构，但高带宽示波器（≥4GHz）若采用分立器件构建模拟前端电路会受到寄生参数影响，因此需要自研模拟前端集成芯片。基于低风险、高可靠性考虑，模拟前端集成芯片设计可采用SIP 多芯片封装技术，将多个运算放大器裸芯片、可变增益放大器裸芯片以及电阻、电容、三极管等器件封装在一个芯片中，其本质与硬件电路设计类似，后续芯片封测由封测厂完成。
2）ADC 芯片：属于通用芯片，模数转换器芯片将模拟输入信号转换成数字信号，其采样率和位数直接决定示波器的带宽和分辨率。鼎阳科技2018-2020 年ADC采购 额 占 芯 片 采 购 的 10% 、 占 原 材 料 采 购 的 约5% 左右，单颗均价分别为21.70/36.64/30.43/37.37 元，单台示波器平均使用1-4 颗ADC 芯片，对整机性能指标有关键作用，但成本占比有限。中低带宽示波器（≤2GHz）使用低采样率的商用 ADC 芯片，主要供应商为 ADI、TI 等美国品牌，性能可靠、价格较低、供应充足。高带宽示波器（≥4GHz）所采用的 ADC 芯片采样率在10GSa/s、20GSa/s以上，受到美国出口管制限制，需要企业自研或与国产芯片产业链合作。根据鼎阳科技和普源精电披露，自研 ADC 芯片通常采用交织采样技术，多个ADC交织形成更高速采集电路的设计方案相对成熟可靠，工艺制程采用65nm 或40nm制程即可实现，是国内芯片制造商技术成熟的工艺。此外，在国家政策及资金大力扶持下，近年来国产高速高精度 ADC 芯片产业迅速崛起，将有助于电子测量仪器的国产化进程。
3）FPGA 芯片：属于通用芯片，在线可编程逻辑门列阵，半定制电路。鼎阳科技2018-2020 年 FPGA 采购额占芯片采购的 9%、占原材料采购的约4%左右，单颗均价分别为 69.11/57.78/67.79/66.86 元，价格基本稳定，成本占比较低。FPGA是通用标准芯片，主要供应商为赛灵思、英特尔等，美国《出口管制条例》规定当FPGA芯片满足可用 I/O≥700 个或 SerDes≥500G 的条件时，需取得美国商务部许可，对高带宽示波器研发生产造成影响，但目前普源及鼎阳在售及在研产品均不涉及。国内安路信息、紫光、高云半导体、复旦微电子等公司已具备FGPA 自主批量生产能力，可逐步实现国产替代。
高端 ADC 芯片：高端示波器的最关键芯片，其速度精度影响示波器核心性能。高端电子测量仪器面向高带宽、高频率的应用场景，对高精度、稳定性、可靠性要求更严格，对芯片性能要求也显著提升。数字示波器通过ADC（模数转换器）把被测电信号转换为数字信号，再以数字信号处理的方式绘制出信号随时间变化的波形。示波器的核心性能指标是带宽，决定了能采集到信号的频率范围，ADC芯片的实时采样率与带宽密切相关，采样率决定了示波器在单位时间间隔内可采集的样本点数，采样率越高，处理的数字信号越接近真实模拟信号，波形信号还原度越高，失真越小。此外，ADC 垂直分辨率也是示波器高精度的必要条件，12bit分辨率可达到 8 bit 分辨率的 16 倍量化精度，将信号测量精度提升了一个量级，可以更清晰分辨波形细节。发展高分辨率示波器已成为行业大趋势，海外龙头泰克、力科在推 12 bit 高分辨率示波器，是德科技、罗德施瓦茨在推10 bit高分辨率示波器。高速高精度 ADC 芯片是高端电子测量仪器必不可少的关键器件。
高性能 ADC 芯片受美国出口管制，中国芯片产业蓬勃发展助力仪器国产化进程。TI、ADI 是全球 ADC 芯片的主要供应商，美国对高速高精度ADC 芯片有严格出口管制，需要申请出口许可。国产电子测量仪器以中低端为主，产品高端化需要首先实现高速高精度 ADC 芯片的自主可控。近十几年来，国内半导体产业在国家大力扶持下快速发展，随着国内技术水平提升，实际可获取的进口ADC 芯片采样率指标在逐步放宽。目前国内涌现出一批专业高速高精度ADC 芯片公司，包括中科院微电子所、电子科大和部分国家科研院所等孵化出来的公司，技术实力雄厚，研发资金投入规模大，目前国产技术水平正在快速追赶海外。其中：1）成都华微：成立于 2020 年，在高速高精度 ADC 方面承接多个国家科技重大专项、国家重点研发计划，目前公司 ADC 产品采样率可达到8GSa/s，且在时间交织SAR 架构的基础上可实现 64GSa/s 采样率和 22GHz 带宽水平。2）苏州迅芯微：成立于 2013 年，专注于高端信号链模拟芯片，产品主要应用到仪器设备、大科学装置、医疗设备、光通信、无线通信以及雷达等领域。公司ADC产品采样率达到 2GSa/s-30GSa/s，分辨率在 6 bit-12bit，其中2GSa/s采样率、12bit 分辨率和 10GSa/s 采样率、8 bit 分辨率 ADC 产品达到美国出口管制规格。3）苏州云芯微：成立于 2010 年，致力于高速高精度ADC/DAC 芯片，目前主要产品为 12-14 bit 精度的高速高精度 ADC/DAC 产品，主要用于通讯领域。国产高速高精度 ADC 芯片产业崛起是大势所趋，将助力高档次国产电子测量仪器的国产化进程。
精选报告来源：【未来智库】
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