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國產通用電子測試儀器穩步追趕

2021-06-22 17:25:42 yunfengnet 2980

(來源:EEPW)

近一兩年的國際關系變化,帶給科技行業最明顯的變化就是擔心被卡脖子。相比于站在風口浪尖的半導體行業,與其密切相關的電子測試儀器似乎受到的關注并不多。作為電子產業不可或缺的支撐保障,電子測試儀器的重要性隨著系統越來越復雜以及設計越來越智能化而不斷提升。以廣受關注的集成電路產業為例,用于測試和驗證部分的工作已經占據整個芯片研發近60%的時間和成本。在更廣泛的電子測試領域,以示波器、頻譜儀、信號源、矢量網絡分析儀等為代表的通用電子測試儀器幾乎成為所有開發、測試以及維修工程師的標配。

那么,我國現在的通用基礎電子測試儀器的發展情況如何,跟國外相比又有哪些差距,是否面臨卡脖子等威脅?帶著這些問題,筆者專訪了中國電子學會電子測量與儀器分會主任 王厚軍教授,請他為大家介紹當前國產通用電子測試儀器產業的現狀。

 

可能很多人對通用電子測試儀器還不太了解,如果按照產品類型劃分,通用電子測試測量儀器并沒有一個統一的或標準的分類方法,最常見的是采用功能形態和頻段相結合的劃分方法,如僅從功能形態上看,通用電子儀器最常見的幾類儀器包含:信號分析類儀器(數字示波器、頻譜分析儀等),信號產生類儀器(如任意波形發生器、信號源等),電路參數測試類(如矢量網絡分析儀,數字多用表等),以及電源與負載等。以最常用的數字示波器為例,它是屬于信號分析類儀器的一種,可以用來觀測、分析和記錄各種電信號的變化。通俗來說,數字示波器可以將人肉眼看不見的電信號轉換成可視化波形圖像,便于人們更直觀地去研究各種電現象的變化,并且能實現電壓、電流、頻率、相位、幅度等基本參數的測量,因此它在通信及信息技術、半導體、汽車制造、醫療電子、物聯網、航天航空與國防、教育科研以及消費類電子等行業具有廣泛的應用。

類似于其他高科技產業,通用電子測試儀器行業面對的技術積累也不是一兩個單獨的技術方向,王教授坦言,它以電子技術為基礎,是一個融合多學科、多種先進技術的基礎性行業,比如用到的技術就有電子測量技術、射頻微波設計技術、數字信號處理技術、微電子技術、計算機技術、軟件技術、通信技術等。因此呢,通用電子測試測量儀器屬于是技術密集、知識密集型產品,屬于高端科研儀器設備,也是國家十四五發展規劃鼓勵和支持的產業。其主要的幾類產品學科交叉度大,理論相對復雜,開發難度大,需要較長時間積累,特別考驗一個國家在技術基礎的深度和厚度,這也是為何目前中國通用電子測試測量儀器發展相比歐美發達國家有較大差距的原因。

相比于其他高科技領域,測試儀器行業具有自己獨特的行業生態,非常依靠企業的技術積累和品牌優勢。整體來看,在通用電子測試測量儀器領域,國外優勢企業技術優勢明顯,產品性能領先。王教授認為,國產儀器廠家和國外優勢品牌的在高端產品上不管是性能指標,還是市場接受度上仍舊有較大的差距。在全球通用電子測量儀器市場里,頭部企業有是德科技、羅德&施瓦茨、泰克、力科等,多為歐美老牌企業。這些歐美企業基本都是起源于20世紀上半葉,擁有近100年的歷史,經過長期的技術積淀,在高端產品上優勢尤其明顯。而中國的通用電子測試測量儀器行業不僅發展上晚于歐美等領先企業,在品牌、基礎、創新、可靠性和市場能力等等都存在全方位的差距。電子儀器行業產業的特點是規模相對消費電子行業較小,技術門檻卻很高,需長期投入和積淀,目前,高端通用電子測試測量儀器產品的核心高端關鍵技術被少數美歐頭部企業獨占,形成不易動搖的壟斷局面。

那么通用電子測試儀器又是如何區分高中低檔?這個標準又是如何確定的?王教授明確指出,針對通用電子測試儀器分檔國際上并沒有統一或標準的劃分方法,需要考慮的因素很多,比如國際或國內、單項指標或綜合性能、充分的市場化程度、不同時期等等。在一定的限定條件下,可以根據主要性能指標、參數的不同,給出產品高中低類別劃分推薦或建議。中國電子學會電子測量與儀器分會根據國內行業發展的需求,也對國內數字示波器、任意波形發生器、射頻信號發生器、頻譜分析儀、矢量網絡分析儀、臺式萬用表、直流電源和電子負載這幾類通用電子測試測量儀器行業主要產品進行了大致的高中低檔次劃分推薦,具體如下:

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國內通用電子測試測量儀器企業的技術水平與國外優勢企業存在一定差距,尤其是數字示波器以及任意波形發生器產品,國外領先企業的產品帶寬和最高輸出頻率比國內的最高水平還高很多。這種檔次劃分標準主要依據產品技術門檻、批量生產、成功市場化的難易程度進行劃分,綜合考慮了我國通用電子測試測量儀器的整體產業現狀,可以作為在當前階段全國范圍內對行業內企業的參考標準。

雖然國內通用測試企業的發展速度相比于國際競爭對手更迅速,在技術指標和市場銷量上的差距在縮小,部分產品的技術指標也邁入了高端行列,但受限于技術水平和其他元器件開發實力,在高性能產品領域依然是歐美優勢企業的天下。以占據通用電子測試測量儀器行業份額最大的數字示波器為例,目前全球帶寬最高的數字示波器是是德科技110GHz示波器,而國內數字示波器產品曾長期停留在數百MHz以下的帶寬,近兩年有所突破,但能達到批量貨架產品的最高帶寬也就2GHz上下,也僅限于一兩家企業。不過因為國內市場更為龐大,加上國內通用測試儀器企業的快速追趕,國產數字示波器的出貨量占比逐年增加。

針對這樣的行業現狀以及目前可能存在的卡脖子問題,王教授表達了自己的看法,他直言通用電子測試測量儀器是國家現代電子信息及相關產業科研、生產、試驗、維修等基礎能力的重要標志之一,是信息技術的重要組成部分,在現代化電子信息產業鏈中有著不可替代的作用,同國家較多戰略行業的發展息息相關,因此在現代經濟建設,國防建設和推動科學發展中都具有非常重要的戰略性地位。近年來科技部、發改委、工信部等相關部委也陸續出臺了多項具體產業政策鼓勵支持電子測量儀器行業發展。

相比于其他高科技產業,王教授介紹通用電子測試測量儀器行業是我國多年來比較典型的一直被“卡脖子”的產業之一,也是比較典型的軍民兩用產業,國內被列入實體清單的企業和科研院所均無法采購美國相關產品。同時對于指標達到一定級別的高性能產品,基于 “瓦森納協議”框架下的約束,美國以及西方國家對中國實施了越來越嚴格的“禁運”措施。對于高性能的通用電子測試測量儀器,特別是達到一定指標的數字示波器和任意波形發生器被美國企業壟斷,國內企業和這些美國企業有著量級上的差距,長期被“卡”,會嚴重制約國家科研和高端產業技術的創新發展,因此,王教授特別指出,從更高層面上關注、扶持和支持國產儀器企業的布局和發展,實現高端儀器的自主可控,是我們全行業非常緊迫的責任和義務。




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