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国产通用电子测试仪器稳步追赶

2021-06-22 17:25:42 yunfengnet 2975

(来源:EEPW)

近一两年的国际关系变化,带给科技行业最明显的变化就是担心被卡脖子。相比于站在风口浪尖的半导体行业,与其密切相关的电子测试仪器似乎受到的关注并不多。作为电子产业不可或缺的支撑保障,电子测试仪器的重要性随着系统越来越复杂以及设计越来越智能化而不断提升。以广受关注的集成电路产业为例,用于测试和验证部分的工作已经占据整个芯片研发近60%的时间和成本。在更广泛的电子测试领域,以示波器、频谱仪、信号源、矢量网络分析仪等为代表的通用电子测试仪器几乎成为所有开发、测试以及维修工程师的标配。

那么,我国现在的通用基础电子测试仪器的发展情况如何,跟国外相比又有哪些差距,是否面临卡脖子等威胁?带着这些问题,笔者专访了中国电子学会电子测量与仪器分会主任 王厚军教授,请他为大家介绍当前国产通用电子测试仪器产业的现状。

 

可能很多人对通用电子测试仪器还不太了解,如果按照产品类型划分,通用电子测试测量仪器并没有一个统一的或标准的分类方法,最常见的是采用功能形态和频段相结合的划分方法,如仅从功能形态上看,通用电子仪器最常见的几类仪器包含:信号分析类仪器(数字示波器、频谱分析仪等),信号产生类仪器(如任意波形发生器、信号源等),电路参数测试类(如矢量网络分析仪,数字多用表等),以及电源与负载等。以最常用的数字示波器为例,它是属于信号分析类仪器的一种,可以用来观测、分析和记录各种电信号的变化。通俗来说,数字示波器可以将人肉眼看不见的电信号转换成可视化波形图像,便于人们更直观地去研究各种电现象的变化,并且能实现电压、电流、频率、相位、幅度等基本参数的测量,因此它在通信及信息技术、半导体、汽车制造、医疗电子、物联网、航天航空与国防、教育科研以及消费类电子等行业具有广泛的应用。

类似于其他高科技产业,通用电子测试仪器行业面对的技术积累也不是一两个单独的技术方向,王教授坦言,它以电子技术为基础,是一个融合多学科、多种先进技术的基础性行业,比如用到的技术就有电子测量技术、射频微波设计技术、数字信号处理技术、微电子技术、计算机技术、软件技术、通信技术等。因此呢,通用电子测试测量仪器属于是技术密集、知识密集型产品,属于高端科研仪器设备,也是国家十四五发展规划鼓励和支持的产业。其主要的几类产品学科交叉度大,理论相对复杂,开发难度大,需要较长时间积累,特别考验一个国家在技术基础的深度和厚度,这也是为何目前中国通用电子测试测量仪器发展相比欧美发达国家有较大差距的原因。

相比于其他高科技领域,测试仪器行业具有自己独特的行业生态,非常依靠企业的技术积累和品牌优势。整体来看,在通用电子测试测量仪器领域,国外优势企业技术优势明显,产品性能领先。王教授认为,国产仪器厂家和国外优势品牌的在高端产品上不管是性能指标,还是市场接受度上仍旧有较大的差距。在全球通用电子测量仪器市场里,头部企业有是德科技、罗德&施瓦茨、泰克、力科等,多为欧美老牌企业。这些欧美企业基本都是起源于20世纪上半叶,拥有近100年的历史,经过长期的技术积淀,在高端产品上优势尤其明显。而中国的通用电子测试测量仪器行业不仅发展上晚于欧美等领先企业,在品牌、基础、创新、可靠性和市场能力等等都存在全方位的差距。电子仪器行业产业的特点是规模相对消费电子行业较小,技术门槛却很高,需长期投入和积淀,目前,高端通用电子测试测量仪器产品的核心高端关键技术被少数美欧头部企业独占,形成不易动摇的垄断局面。

那么通用电子测试仪器又是如何区分高中低档?这个标准又是如何确定的?王教授明确指出,针对通用电子测试仪器分档国际上并没有统一或标准的划分方法,需要考虑的因素很多,比如国际或国内、单项指标或综合性能、充分的市场化程度、不同时期等等。在一定的限定条件下,可以根据主要性能指标、参数的不同,给出产品高中低类别划分推荐或建议。中国电子学会电子测量与仪器分会根据国内行业发展的需求,也对国内数字示波器、任意波形发生器、射频信号发生器、频谱分析仪、矢量网络分析仪、台式万用表、直流电源和电子负载这几类通用电子测试测量仪器行业主要产品进行了大致的高中低档次划分推荐,具体如下:

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国内通用电子测试测量仪器企业的技术水平与国外优势企业存在一定差距,尤其是数字示波器以及任意波形发生器产品,国外领先企业的产品带宽和最高输出频率比国内的最高水平还高很多。这种档次划分标准主要依据产品技术门槛、批量生产、成功市场化的难易程度进行划分,综合考虑了我国通用电子测试测量仪器的整体产业现状,可以作为在当前阶段全国范围内对行业内企业的参考标准。

虽然国内通用测试企业的发展速度相比于国际竞争对手更迅速,在技术指标和市场销量上的差距在缩小,部分产品的技术指标也迈入了高端行列,但受限于技术水平和其他元器件开发实力,在高性能产品领域依然是欧美优势企业的天下。以占据通用电子测试测量仪器行业份额最大的数字示波器为例,目前全球带宽最高的数字示波器是是德科技110GHz示波器,而国内数字示波器产品曾长期停留在数百MHz以下的带宽,近两年有所突破,但能达到批量货架产品的最高带宽也就2GHz上下,也仅限于一两家企业。不过因为国内市场更为庞大,加上国内通用测试仪器企业的快速追赶,国产数字示波器的出货量占比逐年增加。

针对这样的行业现状以及目前可能存在的卡脖子问题,王教授表达了自己的看法,他直言通用电子测试测量仪器是国家现代电子信息及相关产业科研、生产、试验、维修等基础能力的重要标志之一,是信息技术的重要组成部分,在现代化电子信息产业链中有着不可替代的作用,同国家较多战略行业的发展息息相关,因此在现代经济建设,国防建设和推动科学发展中都具有非常重要的战略性地位。近年来科技部、发改委、工信部等相关部委也陆续出台了多项具体产业政策鼓励支持电子测量仪器行业发展。

相比于其他高科技产业,王教授介绍通用电子测试测量仪器行业是我国多年来比较典型的一直被“卡脖子”的产业之一,也是比较典型的军民两用产业,国内被列入实体清单的企业和科研院所均无法采购美国相关产品。同时对于指标达到一定级别的高性能产品,基于 “瓦森纳协议”框架下的约束,美国以及西方国家对中国实施了越来越严格的“禁运”措施。对于高性能的通用电子测试测量仪器,特别是达到一定指标的数字示波器和任意波形发生器被美国企业垄断,国内企业和这些美国企业有着量级上的差距,长期被“卡”,会严重制约国家科研和高端产业技术的创新发展,因此,王教授特别指出,从更高层面上关注、扶持和支持国产仪器企业的布局和发展,实现高端仪器的自主可控,是我们全行业非常紧迫的责任和义务。




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