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电子测试仪器行业研究工欲善其事,必先利其

发布时间:2023/5/7 13:48:58   

(报告出品方/作者:财通证券,杨烨)

1、通用电子测试仪器仪表:工欲善其事,必先利其“器”

1.1、行业画像:科技研发驱动,下游领域广阔

电子测试仪器种类众多,通用仪器占据主流。电子测试仪器分为通用和专用两类,通用电子测试仪器是现代工业的基础设备,也是电子工业发展和国家战略性、基础性重要产业之一,应用场景广泛且需求量大。专用仪器以某一个或几个专用功能为目的,设计制造难度极高,应用领域较小,但在某些细分领域不可或缺,如光纤测试仪器、电磁兼容EMC测试设备等。

预计年全球通用电子测试仪器行业市场规模达亿元(亿美元),国内市场占比约1/3,射频类仪器和示波器是核心品类。根据FROSTSULLIVAN数据,-年受益于全球经济稳健增长、工业科技水平提升,全球电子测试仪器市场规模由亿美元增长至亿美元,CAGR为7.9%;国内市场由26亿美元增长至46亿美元,CAGR为15.3%。随着5G商用化、新能源汽车产业扩张、信息通信和工业智能化进程的推进,预计年全球与中国电子测试仪器需求将分别达亿美元和65亿美元。全球电子测试仪器细分市场中射频类仪器占比最高,达到16.1%,示波器、电源与电子负载、波形发生器占比分别为10.0%、6.9%、2.3%。

IT和通信为主要下游应用方向。电子测试仪器的下游应用行业中IT和通信占比最高(47%),另外还包括消费电子、汽车、航空与国防等领域;电子测试仪器广泛应用于5G、半导体、新能源产业,并逐步向量子计算、6G等新兴科技领域渗透。

电子测试仪器是生产力工具,助力科技“掘金”。仪器仪表与科研过程中的信号采集、处理、显示过程密切相关,科技创新设备的性能参数的标定都依赖于仪器仪表,下游行业的技术迭代与研发投入力度是电子测试仪器赛道的重要成长驱动力。院士王大珩曾形容仪器仪表是工业生产的“倍增器”、科学研究的“先行官”。根据欧盟统计:年尽管受到疫情的冲击,家计分板公司研发投资为9,亿欧元,同比增长6.0%;美国在ICT(信息与通信技术)服务、医疗工业、ICT产品领域研发投入占比最大,分别为32.3%、27.2%、24.3%,同比增速为12.4%、17.9%、7.8%,显著高于其他行业。我们认为,ICT行业高研发投入将持续推升仪器仪表的需求。

电子测试仪器作为“科研母机”,其技术指标相比下游应用更为严苛,仪器行业龙头始终保持高研发投入。全球各大电子测试仪器厂商研发费用率普遍高于10%,行业龙头是德科技常年维持在15%以上,年研发费用达51.8亿元,是国内普源精电、鼎阳科技、坤恒顺维研发费总和的41倍。电子测试仪器技术水平决定未来科技的高度,持续的高研发投入是取得技术优势、引领科技风向的必要条件。

1.2、产业链分析:自研芯片是高端“门票”,软硬件设计能力是核心壁垒

电子测试仪器产业链核心环节为上游芯片设计制造、中游仪器设计、下游行业应用软件设计,仪器厂商往往通过上下游整合延伸,进而实现产品高端化。电测仪器行业上游主要包括电子元器件、电子材料、机电产品、机械加工和电子组装等,中游为仪器设计与集成生产,下游应用市场包括教育与科研、工业生产、通信行业、航空航天、交通与能源、消费电子等。中游仪器厂商可通过提升芯片、电路等硬件设计能力以及面向行业的软件开发能力,把握产业链核心环节,实现产品高端化。

上游原材料中芯片价值占比最大,高端仪器所需芯片基本全部依赖进口,部分国内厂商已实现关键芯片自研。根据普源精电与鼎阳科技招股书测算,电子测试仪器原材料当中占比最高的是IC芯片与电子元器件,其中IC芯片约占40%,电子元器件约占20%。目前我国高端仪器所需芯片基本全部依赖进口,并在不同程度上受到管制。外采芯片主要包括FPGA(现场可编程逻辑门阵列)、ADC(模数转换芯片)、DAC(数模转换芯片),主要采购自赛灵思、英特尔、亚德诺半导体与德州仪器等美国企业,存在一定的供应风险。国内部分企业已走上自研芯片之路,未来向高端突破可期。

软硬件设计能力是电测仪器中游核心壁垒,强调行业know-how积累。以示波器为例,其硬件包括芯片设计与配套电路器件设计,软件包括平台设计与算法开发。示波器硬件技术可实现信号采集、信号调理以及数字信号处理等功能,硬件与算法水平直接制约了采样率和信号处理速度;平台软件可实现高速串行信号的眼图和抖动分析功能,使得示波器能够分析USB连接信号质量。评判电子测量仪器的优劣一方面考察核心数据指标,另外更重要的是产品性能指标的稳定性与一致性,以及对行业标准的软件适配等,看重产品开发与行业场景的结合。

下游行业分散,通用经济型产品以经销为主,高端、定制采用直销。国内企业如普源精电、鼎阳科技、优利德等主要采用经销模式,年其经销比例分别为79.4%、82.2%、57.7%。坤恒顺维主要通过商务谈判和招投标方式向中国移动等B端客户以及和中电科、航天科工等研究所销售产品,因此直销比例较高。思林杰为了满足苹果产业链定制化需求,客户群体较为集中,基本全部采用直销。

通用电测仪器高低端档次指标相差较大,客户群体分层明显。以数字示波器为例,其分析带宽可从50MHz跨越至GHz,相差超过千倍,性能差异极大。因此其下游市场分层为高端市场、工业类市场、一般工业类市场和教育及低端工业市场。高中低端市场规模基本相当,主要因为高端设备单品价值可达百万元级别,但销量较低;低端设备在千元级别,销售量极大。根据《瓦森纳协定》,60GHz及以上带宽数字示波器对中国市场禁运,需要申请美国商务部许可,当前国内电测仪器厂商主要占据中低端市场,龙头厂商正在向中高端迈进。

1.3、产品矩阵:核心品类协同效应强,驱动仪器厂商多品类横向布局

通用电子测试仪器可以按照“时域+频域”、“源+接收”分类,核心品类协同效应强。电测仪器按照信号的分析方式可分为时域与频域两种维度,按照信号或能量的传输路径可分为源端与接收端。主要产品包括示波器、射频类仪器、波形发生器以及电源与电子负载,科研与工业场景测试一般是多种仪器的组合使用,协同性较强。在实际研发测试当中,各类电测仪器往往协同应用,针对测试对象发射信号并接收结果进行分析。例如在汽车雷达测试应用系统中,任意波形发生器、信号发生器产生信号波形输入毫米波雷达模组,进而向外发射至车辆,再由毫米波智能混频器接收,传输至示波器、信号分析仪进行信号显示与分析。

1.3.1、数字示波器:应用最广泛的“电子工程师之眼”

示波器被誉为“电子工程师之眼”。示波器可以将电信号随时间变化的关系转换成可视化波形图像,为研究各种器件电信号的变化提供直观的呈现方式,可广泛应用于电子、电气、通信、汽车等各工业领域。全球与中国示波器市场呈现稳健增长趋势,根据FROSTSULLIVAN的预测,年全球示波器市场将达17.3亿美元,占总体电测仪器市场的10%。

示波器工作过程包括数据采集、存储、信号处理与结果显示。其基本构成包括垂直系统、水平系统、触发系统及分析显示系统:垂直系统主要实现信号幅度的放大或缩小,以及频谱的搬移,从而满足后端ADC电压输入范围和频率输入范围的要求;水平系统主要实现信号模拟到数字的变换,满足示波器后端信号显示及分析的需求;触发系统通过隔离特定的信号特征,实现波形的稳定显示;分析显示系统主要实现时域波形的显示、参数的测量与统计、串行总线分析、眼图及抖动分析等功能。

芯片技术水平决定高端示波器工作性能,木桶效应显著。根据刘洪庆《示波器最新技术进展与发展趋势》分析,带宽是示波器最核心的指标,直接决定了测量信号的频率范围。带宽取决于探头、前端通道及模数转换器三个部分,其中前端通道的放大器是影响带宽乃至垂直系统性能的核心元器件,直接决定带宽、上升时间、基底噪声、幅频响应等核心指标,示波器性能依赖于整体系统信号链路的完整性,高频信号拾取、高频信号调理、高速模数转换以及数字信号处理任何环节出现技术瓶颈,都会对整机性能产生直接影响。

探头在高端示波器测量的重要性愈发凸显,仅少数厂商具备探头芯片自研能力。探头在测试点和示波器之间建立了一条物理连接,是示波器测量链中的第一个信号拾取环节,直接决定了整个模拟信号链路的质量。理想的探头具有连接便捷、绝对的信号保真度、零信号源负荷、能够抗噪声干扰等特征。目前国外是德科技和泰克可自主设计专用宽带差分探头放大器芯片,国内普源精电的“凤凰座”芯片组也达到了7GHz带宽的差分探头放大器芯片的设计能力。根据是德科技

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