音頻功放芯片是將輸入的微弱電信號放大后輸出的電子元器件，能夠?qū)σ纛l信號進(jìn)行進(jìn)一步的優(yōu)化和調(diào)整，提升整體音質(zhì)。21世紀(jì)后，音頻功放芯片開始集成更多的功能，市場需求迅速增長。2019年，全球音頻功放芯片的出貨量已超過30億顆，2023年的全球音頻功放芯片市場規(guī)模約為24.3億美元。2022，中國音頻功放芯片市場銷售收入達(dá)到4.15億美元，預(yù)計2029年可達(dá)到5.32億美元。在政策推動下，艾為電子等國產(chǎn)企業(yè)逐步崛起，引領(lǐng)國產(chǎn)化制造。
高保真音頻的新紀(jì)元
音頻功放芯片是用于放大音頻信號的電子元件，具備DSP功能以優(yōu)化音質(zhì)。其發(fā)展經(jīng)歷了從分立元件到集成化、數(shù)字化的階段，D類功放因其高效率而流行，實現(xiàn)了音質(zhì)和性能的顯著提升。21世紀(jì)隨著市場擴大，技術(shù)多元化，音頻功放芯片擁有巨大市場潛力。
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音頻功放芯片定義。音頻功放芯片（Audio Power Amplifier Chip）是將輸入的微弱電信號放大后輸出的電子元器件，通常具備數(shù)字信號處理（DSP）功能，能夠?qū)σ纛l信號進(jìn)行進(jìn)一步的優(yōu)化和調(diào)整，以提升整體音質(zhì)。它的主要功能是將輸入的低功率音頻信號放大到可以驅(qū)動揚聲器或耳機的高功率輸出信號，在各種電子設(shè)備中起著關(guān)鍵作用，尤其是在音響系統(tǒng)、電視、手機、計算機、多媒體播放器等設(shè)備中。
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音頻功放芯片發(fā)展歷程。音頻功放技術(shù)的發(fā)展始于分立元件電路，使用晶體管、電子管等元件來構(gòu)建功率放大器。這一時期的音頻放大器多為A類或B類放大器，主要用于廣播設(shè)備、家庭音響系統(tǒng)和專業(yè)音頻設(shè)備。D類功放芯片在20世紀(jì)90年代嶄露頭角，因其極高的功率效率逐漸受到市場的關(guān)注。21世紀(jì)以來，音頻功放芯片進(jìn)入了數(shù)字化和高度集成化的快速發(fā)展階段，D類功放芯片憑借其高效率和小型化在便攜設(shè)備中廣泛應(yīng)用。除了基本的功率放大功能，現(xiàn)代音頻功放芯片逐漸開始集成數(shù)字信號處理（DSP）模塊，并通過軟件算法對音頻信號進(jìn)行優(yōu)化處理。這一時期的芯片在體積、功耗、音質(zhì)等方面實現(xiàn)了前所未有的提升。
高效放大技術(shù)、集成數(shù)字信號處理技術(shù)和芯片集成升壓技術(shù)是音頻功放芯片的新興技術(shù)。高效放大技術(shù)通過PWM提高效率至90%以上，適合便攜設(shè)備；集成數(shù)字信號處理技術(shù)優(yōu)化音質(zhì)，擁有更高的靈活性和表現(xiàn)力；芯片集成升壓技術(shù)提升音頻性能，保護揚聲器。
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高效放大技術(shù)（D類功放）。D類功放芯片是一項突破性技術(shù)，通過脈寬調(diào)制（PWM）將模擬音頻信號轉(zhuǎn)換為高頻數(shù)字信號，實現(xiàn)極高的放大效率。據(jù)Texas Instruments數(shù)據(jù)顯示，與A類和AB類功放相比，D類功放的功率效率通常能達(dá)到90%以上，有效減少了功耗和熱量。這使得D類功放芯片成為便攜式電子設(shè)備中的首選，在智能手機、藍(lán)牙音箱中廣泛使用。以JBL的藍(lán)牙音箱為例，通常使用D類功放，能夠在保持高音量的同時實現(xiàn)較長的電池續(xù)航。
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集成數(shù)字信號處理技術(shù)（DSP）。現(xiàn)代音頻功放芯片常集成數(shù)字信號處理器（DSP），通過算法優(yōu)化音頻信號。例如，Bose的降噪耳機中使用DSP進(jìn)行回聲消除和噪聲抑制，使其在嘈雜環(huán)境中也能提供清晰音質(zhì)。DSP還能處理復(fù)雜的音頻效果，如動態(tài)范圍壓縮和均衡，使音質(zhì)得到實時優(yōu)化。此技術(shù)特別適用于智能音箱、無線耳機等設(shè)備，使其在音質(zhì)優(yōu)化和聲音控制上擁有更高的靈活性和表現(xiàn)力。
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集成升壓技術(shù)。一些音頻功放芯片集成了升壓轉(zhuǎn)換器，可以在低電壓電源下提供高電壓輸出，從而提高輸出功率和揚聲器驅(qū)動能力。這種技術(shù)特別適用于電池供電的便攜式設(shè)備，因為它可以提高設(shè)備的音頻性能，同時保持電池壽命。例如Heroic禾潤的HT8313芯片就集成了自適應(yīng)電荷泵升壓模塊，能夠在低功率時不升壓，有效提升電池的播放時間，同時具有防削頂失真（ACF）輸出控制功能，顯著提高音質(zhì)并保護揚聲器免受過載損壞。
手機音頻芯片的力量
音頻功放芯片在智能手機、汽車電子和智能家居設(shè)備中扮演關(guān)鍵角色，其中D類功放芯片因其高效率和小型化特點，在智能手機音頻輸出中尤為突出。汽車領(lǐng)域，D類或AB類功放芯片提升了車載音響系統(tǒng)的性能，AVAS系統(tǒng)提高了安全性。智能家居設(shè)備則通過集成功放芯片，實現(xiàn)了高質(zhì)量的音頻輸出和智能控制。
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智能手機與便攜設(shè)備。音頻功放芯片在智能手機和便攜設(shè)備中廣泛應(yīng)用，尤其是D類功放芯片因其高效和小型化特點，成為智能手機音頻輸出的核心技術(shù)。這些芯片通常集成了多種功能，包括噪聲抑制、回聲消除、音量控制和電源管理，以確保在各種使用條件下都能提供最佳的音頻體驗。例如，蘋果iPhone中的音頻系統(tǒng)采用D類功放芯片，在保持高音質(zhì)的同時實現(xiàn)較低的功耗，延長電池續(xù)航時間。據(jù)YHReasearch數(shù)據(jù)顯示，智能手機等移動設(shè)備的音頻功放芯片占比最大，在2022年份額大約是21%，預(yù)計未來幾年的年復(fù)合增長率為4.92%。
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汽車電子。在汽車電子領(lǐng)域主要用于車載信息娛樂系統(tǒng)、導(dǎo)航系統(tǒng)、緊急救援系統(tǒng)、遠(yuǎn)程信息處理以及新能源汽車的行人提示音系統(tǒng)（AVAS）。數(shù)字信號處理技術(shù)的引入，使得車載功放能夠?qū)β晥�、均衡、相位及聲像進(jìn)行精確調(diào)整，顯著提升聲音輸出的品質(zhì)。在現(xiàn)代高端汽車音響系統(tǒng)中，通常采用D類或AB類功放芯片，能夠在有限的空間和電源條件下提供卓越的音頻體驗。例如，特斯拉Model S的高端音響系統(tǒng)采用D類功放技術(shù)，在車載電源條件下提供超過500瓦的功率輸出，實現(xiàn)影院級的音效體驗。此外，新能源汽車的標(biāo)配AVAS（聲學(xué)警示系統(tǒng)）也提高了汽車的可察覺性，進(jìn)一步增強了安全性。例如，意法半導(dǎo)體的FDA803S 和 FDA903S是單通道全差分10W D類音頻功率放大器，適用于需要音頻通道產(chǎn)生最高10W標(biāo)準(zhǔn)輸出功率的汽車系統(tǒng)，如緊急道路救援、遠(yuǎn)程信息處理等。根據(jù)YHReasearch數(shù)據(jù)，預(yù)計未來汽車是下游應(yīng)用增長最快的板塊之一，將以9.41%的年復(fù)合增長率增長。
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智能家居。音頻功放芯片在智能家居領(lǐng)域的應(yīng)用主要體現(xiàn)在智能音箱、家庭娛樂系統(tǒng)和智能家電中。以智能音箱為例，亞馬遜的Echo和谷歌的Nest系列廣泛使用D類功放芯片，通過其高效率和低功耗，實現(xiàn)了小型設(shè)備中的高質(zhì)量音頻輸出。此外，智能電視和家庭影院系統(tǒng)中也集成了AB類或D類功放芯片，以支持多通道環(huán)繞聲和高保真音頻輸出，為家庭娛樂帶來沉浸式體驗。通過與智能家居系統(tǒng)聯(lián)動，這些設(shè)備不僅提供音頻服務(wù)，還能通過語音指令控制其他家電，如照明、溫控設(shè)備，形成完整的智能家居生態(tài)。
音頻功放芯片行業(yè)面臨的核心挑戰(zhàn)是高效率與低失真的平衡以及集成度提升。D類功放雖效率高，但易在高頻產(chǎn)生較高失真，研發(fā)人員需不斷優(yōu)化設(shè)計和算法以尋求平衡；隨著設(shè)備小型化，設(shè)計師需采用先進(jìn)散熱技術(shù)以應(yīng)對功率密度增加帶來的熱量問題。
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高效率與低失真的平衡難題。隨著用戶對音質(zhì)要求的提高，功放芯片需要在放大微弱音頻信號時，盡可能減少失真和噪聲。例如，D類功放雖然效率高，但在處理音頻信號時可能會產(chǎn)生較高的失真，尤其是在高頻部分。因此，研發(fā)人員需要不斷優(yōu)化電路設(shè)計和控制算法，以實現(xiàn)高效率和低失真的最佳平衡。
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集成度提升挑戰(zhàn)。隨著電子設(shè)備向小型化和便攜化發(fā)展，音頻功放芯片的設(shè)計需要在更小的空間內(nèi)集成更多的功能，尤其是在保持音質(zhì)和功率輸出的前提下。同時，隨著集成度的提高，芯片在工作時產(chǎn)生的熱量也會增加，若不加以控制，可能導(dǎo)致芯片性能下降或損壞，因此需要采用先進(jìn)的散熱技術(shù)，如使用高導(dǎo)熱材料、優(yōu)化封裝設(shè)計以及引入主動或被動散熱機制。
全球音頻芯片市場穩(wěn)定增長
音頻功放芯片市場持續(xù)增長，2019年全球出貨量超30億顆，預(yù)計到2030年全市場規(guī)模將達(dá)38.6億美元。中國市場預(yù)計2029年銷售收入增至5.32億美元，年復(fù)合增長率6.83%，D類功放芯片是市場增長的主要驅(qū)動力。國產(chǎn)化進(jìn)程中，艾為電子等企業(yè)在國家政策支持下，實現(xiàn)技術(shù)突破，推動產(chǎn)業(yè)發(fā)展。
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全球市場規(guī)模。音頻功放芯片市場近年來呈現(xiàn)出顯著的增長趨勢，主要得益于智能手機、平板電腦等消費電子產(chǎn)品需求的增加。據(jù)SAR nsight&Consulting， 2019年全球音頻功放芯片的出貨量已超過30億顆。Issuu數(shù)據(jù)顯示，2023年的全球音頻功放芯片市場規(guī)模估計約為24.3億美元，預(yù)計到2030年將增長至38.6億美元，年均復(fù)合增長率（CAGR）為6.7%。
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中國市場規(guī)模。中國音頻功放芯片市場近年來呈現(xiàn)穩(wěn)定增長的趨勢，根據(jù)YH Reasearch的數(shù)據(jù)，2022中國音頻功放芯片市場銷售收入達(dá)到4.15億美元，預(yù)計2029年市場銷售收入可達(dá)到5.32億美元， 2023年到2029年期間年復(fù)合增長率為6.83%。其中艾為電子、凌云半導(dǎo)體、亞德諾半導(dǎo)體在2022年占據(jù)中國市場大約55%的市場份額。D類功放是未來市場的主要增長點，YH Reasearch預(yù)測D類音頻功放芯片2029年份額將達(dá)到48%。
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國產(chǎn)化進(jìn)程。在國家政策的大力支持下，國產(chǎn)音頻功放芯片企業(yè)逐步打破了國外廠商的市場壟斷，實現(xiàn)了技術(shù)突破和產(chǎn)品創(chuàng)新。2010年，艾為電子推出了第一代模擬接口K類音頻功放產(chǎn)品， 2017年起陸續(xù)推出相關(guān)產(chǎn)品系列，得到市場認(rèn)可，除此之外，合肥湯誠的XA7191D系列音頻功放芯片專為穿戴產(chǎn)品設(shè)計，具有高性價比，封裝小巧，性能卓越。隨著《國務(wù)院關(guān)于印發(fā)新時期促進(jìn)集成電路產(chǎn)業(yè)和軟件產(chǎn)業(yè)高質(zhì)量發(fā)展若干政策的通知》（國發(fā)〔2020〕8號）的發(fā)布，為集成電路產(chǎn)業(yè)提供了包括財稅優(yōu)惠、投融資支持、研發(fā)創(chuàng)新、人才培育等在內(nèi)的全方位支持，進(jìn)一步推動了國產(chǎn)音頻功放芯片的發(fā)展。2022年10月，艾為電子牽頭申請的《音頻用智能診斷集成電路功能要求》和《信號傳輸與控制接口要求》兩項集成電路標(biāo)準(zhǔn)順利通過立項，這將有助于推動國內(nèi)音頻技術(shù)的規(guī)范化和標(biāo)準(zhǔn)化。
Infineon Technologies、Cirrus Logic和Texas Instruments均為音頻功放IC領(lǐng)域的主要企業(yè)。Infineon創(chuàng)新多電平放大技術(shù)，提供高效率和高輸出功率；Cirrus Logic專注于移動應(yīng)用的超低功耗音頻解決方案，；Texas Instruments提供廣泛的高質(zhì)量音頻放大器產(chǎn)品，以高輸出功率和低功耗著稱。
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Infineon Technologies。Infineon公司以其 MERUS™ 系列音頻功放IC而聞名，該系列產(chǎn)品采用了創(chuàng)新的多電平放大技術(shù)，提供了高輸出帶寬、高效率和高輸出功率，特別適合高解析度音頻（Hi-Resolution Audio）應(yīng)用。MERUS™ 系列中的 MA12040P 和 MA12070P 等型號支持高達(dá)192kHz/24-bit的音頻信號處理，開關(guān)頻率達(dá)到1.2MHz，提供卓越的音質(zhì)體驗。在技術(shù)創(chuàng)新方面，Infineon 的多電平放大技術(shù)相較于傳統(tǒng)的類D放大器，提供了更高的效率和更低的功耗。例如，MA5332MS 多芯片模塊在不需要散熱器的情況下，可以為4 Ω負(fù)載提供高達(dá)2 x 100 W的恒定功率，顯著減少了散熱需求和系統(tǒng)成本。根據(jù)公司年報數(shù)據(jù)，Infineon 在2023財年實現(xiàn)了創(chuàng)紀(jì)錄的營收和利潤，營收達(dá)到163.09億歐元，同比增長15%，利潤達(dá)到43.99億歐元，同比增長30%。
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Cirrus Logic。Cirrus Logic專注于為智能手機、筆記本電腦、平板電腦、可穿戴設(shè)備和AR/VR等移動應(yīng)用提供超低功耗、高度集成的音頻解決方案，公司的產(chǎn)品線涵蓋了D類數(shù)字放大器控制器、功率級和音頻DSP等。Cirrus Logic 的突出技術(shù)之一是其 SoundClear® 軟件技術(shù)，它通過提升語音質(zhì)量、語音捕獲、語音識別和音頻播放，顯著增強了聽覺體驗。公司的高性能音頻轉(zhuǎn)換器提供了卓越的性能和混合增益控制等功能，功率要求極低，滿足了錄音藝術(shù)家、現(xiàn)場表演者和音樂發(fā)燒友對音質(zhì)的苛刻要求。根據(jù)公司年報數(shù)據(jù)，Cirrus Logic 在2022財年實現(xiàn)了創(chuàng)紀(jì)錄的營收和利潤。根據(jù)2022年5月3日發(fā)布的財報，公司第四季度營收為4.9億美元，整個2022財年的營收達(dá)到了17.8億美元，同比增長了30%。
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Texas Instruments。Texas Instruments以其廣泛的高質(zhì)量音頻放大器產(chǎn)品組合而聞名。，音頻功放芯片產(chǎn)品線包括了從毫瓦到千瓦、模擬到數(shù)字的各種解決方案。TI的Class-D放大器系列，例如TPA3250、TPA3251和TPA3255-Q1。這些芯片采用Class-D設(shè)計，利用高效的數(shù)字開關(guān)技術(shù)放大音頻信號，提供高輸出功率和低功耗。它們均旨在提供高保真音頻輸出，具有低失真和低噪聲的特點，非常適合要求苛刻的音頻應(yīng)用。除此之外，TI還提供了易于使用的音頻放大器集成電路，包括數(shù)字和模擬輸入的Class-D揚聲器放大器、智能放大器、集成耳機放大器、音頻運算放大器和線驅(qū)動器/接收器，覆蓋從幾瓦到幾十瓦的輸出功率范圍，以支持不同的設(shè)計需求。
艾為電子、華潤微電子和匯頂科技均為音頻功放芯片領(lǐng)域的主要企業(yè)。艾為電子以其低功耗、低底噪特性領(lǐng)先市場；華潤微電子提供多品類音頻功放芯片，覆蓋不同功率需求；匯頂科技TFA9865系列憑借7W高輸出功率和超低底噪，成為移動設(shè)備音質(zhì)的新標(biāo)桿。
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艾為電子。艾為電子專注于高性能數(shù)�；旌闲盘枴㈦娫垂芾�、信號鏈等IC設(shè)計，其產(chǎn)品廣泛應(yīng)用于消費類電子、AIoT、工業(yè)、汽車等市場領(lǐng)域。公司推出的Digital Smart K系列音頻功放芯片，如AW88396FOR，集成了先進(jìn)的DSP功能和音效算法，提供了10.25V的升壓能力，能夠為8歐姆揚聲器提供高達(dá)5.7W的輸出功率。這款產(chǎn)品在低功耗、低底噪方面表現(xiàn)卓越，底噪低至9.3uV，達(dá)到了業(yè)內(nèi)領(lǐng)先水平，為多聲道終端設(shè)備和各類IoT設(shè)備提供了優(yōu)質(zhì)的音效體驗。艾為電子的突出技術(shù)還包括其國民神仙算法awinic SKTune®，該算法集成在DSP中，提供了虛擬低頻增強、動態(tài)EQ、聲音增強等多種功能，顯著提升了音頻播放體驗。根據(jù)公司財報數(shù)據(jù)，艾為電子2024年上半年實現(xiàn)營業(yè)收入15.81億元，較上年同期增長56.77%。
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華潤微電子。華潤微電子是一家專注于模擬與混合信號芯片設(shè)計的領(lǐng)先企業(yè)。公司提供的音頻功放芯片產(chǎn)品種類繁多，包括1到5W、5到7W、7到15W以及15W以上的音頻功放，涵蓋了從小型便攜設(shè)備到大功率家庭影院系統(tǒng)的廣泛應(yīng)用。這些產(chǎn)品采用了AB類、D類以及AB+D類等不同的放大技術(shù)，以滿足不同應(yīng)用場景的需求。據(jù)公司財報數(shù)據(jù)，公司在2024年上半年的研發(fā)投入占到了12.05%，并實現(xiàn)了營業(yè)收入47.60億元。
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匯頂科技。匯頂科技是一家專注于音頻功放芯片行業(yè)的中國領(lǐng)先企業(yè)，在音頻功放芯片方面，提供高性能的D類智能音頻放大器產(chǎn)品，其中最新一代TFA9865系列，憑借7W高輸出功率、低于7uV超低底噪的卓越音頻性能，重塑移動設(shè)備音質(zhì)標(biāo)桿。TFA9865系列搭載匯頂自研的第一代CoolPWM技術(shù)，徹底打破傳統(tǒng)技術(shù)架構(gòu)，憑借純數(shù)字鏈路設(shè)計及先進(jìn)能效管理機制，為移動終端提供更響亮、清晰的音質(zhì)；高效數(shù)字化鏈路設(shè)計帶來更高效率、更低靜態(tài)功耗的性能表現(xiàn)，配合先進(jìn)智能電池管理功能，顯著延長了設(shè)備續(xù)航時間。同時，匯頂成功牽頭量產(chǎn)國內(nèi)首創(chuàng)工藝特調(diào)的90納米BCD工藝，先進(jìn)工藝聯(lián)合全新數(shù)字架構(gòu)，實現(xiàn)2.2 * 2.2 mm²的尺寸，為終端廠商創(chuàng)新應(yīng)用提供更廣闊空間。
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