传感器行业是当今科技领域不可或缺的关键驱动力，被誉为现代智能化的神经触角，是万物互联时代的重要组成部分。作为一种能够感知、测量和监测环境中变量的装置，其通过将实际世界的信息转换为电信号或数字数据，为我们提供宝贵的数据输入。无论是智能手机、汽车、工业自动化还是医疗设备，传感器的应用无处不在，极大地便利了我们的生活和工作。近年来，随着机器人行业的迅速发展，传感器也迎来了新的机遇。未来随着技术的进步和成熟，传感器将变得更小巧、功耗更低、精度更高，同时也更加可靠和耐用，使得传感器能够更广泛地应用于各个领域。

下面我们将对传感器行业展开论述，从行业概况出发，对传感器的发展历程、行业现状进行具体分析，同时对传感器产业链及相关公司进行梳理，分析下游重点应用领域。以此为基础，对行业的未来发展进行展望，希望对大家了解传感器行业有所启发。

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概述

1、什么是传感器

传感器是一种器件或者装置，是数字经济时代关键的硬件入口之一，通过感知和测量真实世界，将其数字化后进行处理，再结合特定算法，实现硬件终端的智能化。传感器通常运用在手机、可穿戴设备、工业设备和汽车等终端设备中。

2、常见传感器分类

传感器产品种类繁多，可以根据不同的标准进行分类。

（1）按照检测原理

可将传感器分为物理传感器、化学传感器和生物传感器。物理类基于力、热、光、电、磁和声等物理效应。化学类基于化学反应的原理。生物类基于酶、抗体、和激素等分子识别功能。

（2）按输出信号

可分为模拟传感器（将被测量的非电学量转换成模拟电信号）、数字传感器（将被测量的非电学量转换成数字输出信号）、开关传感器（当一个被测量的信号达到某个特定的阈值时，传感器相应地输出一个设定的低电平或高电平信号）。

（3）按技术路径

可分为单一材料传感器（压电）、组合材料传感器（CIS）、微机系统传感器（MEMS）。

（4）按用途不同

可将传感器分为温度传感器、压力传感器、声学传感器、光学传感器、惯性传感器、位置传感器等。按用途划分传感器可采集不同类型的数据，下游应用领域广泛。

1）压力传感器：压力传感器是能感受压力信号，并能按照一定的规律将压力信号转换成可用的输出的电信号的器件或装置。根据工艺和工作原理不同分为MEMS压力传感器、陶瓷压力传感器、溅射薄膜压力传感器等，基于MEMS技术的传感器因为具备小型化、可量产、灵敏度高的特点，使用最为广泛。压力传感器是工业实践中最为常用的一种传感器，其广泛应用于各种工业自控环境，涉及水利水电、铁路交通、智能建筑、生产自控、航空航天、军工、石化、油井、电力、船舶、机床、管道等众多行业。

2）惯性传感器：惯性传感器是一种运动传感器，主要用于测量物体在惯性空间中的运动参数（加速度、倾斜、冲击、振动、旋转和多自由度），是解决导航、定向和运动载体控制的重要部件。惯性传感器依据敏感量的不同分为加速度计和陀螺两大类。按照测量精度可分为高端应用市场和低端应用市场。低端应用市场产品特点是价格较低、用量较大、性能要求较低，主要包括消费电子、汽车电子、工业自动化等；高端应用市场产品特点是精度要求较高、价格较贵、用量较小等，主要包括，国防和商业航天等军用级和宇航级电子产品。

3）磁传感器：磁传感器是通过感测磁场强度、磁场分布、磁场扰动等来精确测量电流、位置、方向、角度等物理参数，广泛用于消费电子、现代工农业、汽车和高端信息化装备中。磁传感器分为三类：指南针、磁场感应器、位置传感器。

4）光学传感器：利用光的特性和与物质的相互作用，将光信号转换为电信号进行处理和分析。常见的光学传感器类型包括光电传感器、光纤传感器、图像传感器、激光传感器和光谱传感器等。光学传感器广泛应用于信息技术，航空航天，能源，医疗等领域。

5）声学传感器：利用声波的传播和反射原理来收集有关声音的信息，并将其转换为电信号进行处理和分析。常见的声学传感器类型包括麦克风阵列、压电传感器、超声波传感器和声表面波传感器。它们可以用于声音识别、方向定位、距离测量、材料测试、声纳应用等。声学传感器在许多领域都有广泛的应用，包括声音记录、噪声控制、通信、医疗诊断、环境监测和安全系统等。

3、传感器结构及工作原理

传感器是一个完整的数据采集系统，含模拟和数字电路。传感器的核心是数据采集，即将被测对象的各种参量（物理、化学或生物量）通过各种敏感元件做适当转换之后，再经过信号调理、采样、量化、编码和传输等步骤，最后送到计算系统进行处理、分析、存储和实现。成套的数据采集系统（DAS），由敏感元件（Sensor）、模拟前端（AFE）和微控制器（MCU）等组成，其工作原理是：从敏感元件接收到模拟电信号，由模拟前端通过放大器放大，再由模拟数字转换器把模拟信号转化为数字信号，经过MCU处理。其中，模拟前端是信号链的组成部分，一个完整信号链除了信号感知和处理外，还包括由数字模拟转换器还原为模拟信号的过程。

长期来看，随着电子材料和微电子技术的升级，数据采集系统的电路结构呈现两大发展趋势：一是多个传感器芯片可以集成封装，或者在模拟前端中整合更多的信号通道和功能模块，来应对同时测量多个目标的场景，简化电路设计；二是SoC化（系统级芯片），即在单芯片上集成敏感元件、模拟前端和MCU中的任意两者或三者。

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发展历程

传感器产业发展分为以下三个阶段：

（1）结构型传感器：主要利用结构参量变化来感受和转变信号，例如电阻应变式传感器，它通过金属材料来发生弹性形变时电阻的变化来转化电信号的。

（2）固体传感器：从20世纪70年代后期开始发展起来的。这种传感器由半导体、电介质、磁性材料等固体元件构成，利用某些特性制成，例如热电效应、霍尔效应、光敏效应，分别被制成热电偶传感器、霍尔传感器、光敏传感器等。这类传感器具有成本低、可靠性高、性能好以及接口灵活等特点。

（3）智能传感器：进入21世纪，传统型向智能型方向发展，这类传感器是微型计算机技术与检测技术相结合的产物，对外界信息具有一定检测、自诊断、数据处理以及自适应的能力。当时的智能化测量主要是以微处理器为核心，把传感器信号调节电路微计算机、存贮器及接口集成到一块芯片上，使传感器具有一定的人工智能。

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市场现状

1、全球传感器市场规模庞大，中国占比约20%

全球传感器市场超万亿，中国占比约20%。根据Statista，2022年全球市场规模为2512.9亿美元（约1.79万亿人民币）。受疫情影响，全球传感器市场经历了大幅波动。2020、2021和2022年同比增速分别为-13%、62%、10%。相比之下，中国市场增速相对稳定，3年增速分别为14%、20%、19%，维持在20%上下。除此之外，中国市场占全球传感器市场的比例维持在20%上下，在全球市场中的份额也相对稳定。

2、国内市场仍由外资主导，高端传感器芯片约80%依赖海外

当前，我国传感器市场仍旧由外资主导，国内供给能力略有不足，全球龙头企业如爱默生、西门子、博世、意法半导体、霍尼韦尔等跨国公司占据约60％的国内市场份额，尤其在高端市场，约80％的传感器芯片依赖海外企业，剩余的份额也只要集中在几家上市公司手中。从国内格局看，当前市场较集中，我国传感器行业TOP5企业占据了国内传感器市场约40％以上的份额，其余约60％为中小企业，产品或主要集中在中低端，或未实现大规模应用。

3、家电+汽车+工控是智能传感器的主要应用领域

从具体的下游分别看，传感器主要聚焦在消费类产品和工业类产品，家电和汽车分别占比达到23.15%和18.52%，占主要部分。此外，工控、医疗、飞机和船舶等领域对智能传感器的使用量也较为普遍。

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产业链分析

从完整的产业链构成看，传感器产业链呈现链条长和环节多的特征。1）上游，除核心芯片（敏感元件、信号链和数字处理芯片）外，还包括精密零部件、电子元器件（如线路板、连接器和被动元器件等），此外，具备连网功能的传感器还涉及通信芯片/模块的供应；2）中游，由各类Tier½供应商构成，主要完成传感器的产品设计、组装和销售；3）下游，包括各类传感终端设备，包括消费、工业、通讯和汽车等。

从产业链各环节的特征看，传感器市场呈现两头专用、中间通用的特点，即敏感元件/芯片和传感器终端的专用性较强，而配套的模拟前端芯片、处理器芯片、通信芯片/模块的通用性较强。主要原因在于，不用类型的传感器基于不用的采样原理收集信息，敏感元件的设计、材料和工艺需要针对特定需求定制化开发，而传感器设备由于需要在特定领域形成品牌效应，也都产生了专门供应商。也基于以上原因，传感器厂商为保证高毛利、功能定制化，通常自研敏感元件/芯片。

1、传感芯片：集成化大势所趋

敏感元件/传感芯片是传感器的核心元件，负责将被测量到的非电参量转换成为电信号。狭义的传感芯片（含执行器）主要是指基于压电效应、压阻效应、热电效应和磁电效应等的敏感元器件，具体包括惯性（加速度和角速度）、压力、温度和磁传感器；广义的传感芯片还包括基于光电效应的光电子器件，市场规模较大且分工专业化，具体包括图像传感器、发光二极管、光线传感器、激光器、激光检测器、光耦、红外发光二极管和显像管等。精度、输出噪声、功耗、温漂、抗浪涌电压等是核心指标。

由于输入信号和应用场景的差异，传感芯片具有非标准化的特征，市场相对分散。传感芯片有众多分类方式：1）按照被测量性质，有温度、湿度、重量、压力、压强、电压、电流、惯性加速度、位置、声音、气体、电磁波等；2）按照工作原理，有磁电效应（霍尔效应和磁阻效应）、压电效应、压阻效应、光电效应、热电效应（塞贝克效应）等；3）按照制造工艺，有MEMS（微机电系统）、CMOS（互补金属氧化物半导体）、CMOS-MEMS集成等；4）按照导电材料，有半导体、陶瓷和压电衬底等。

（1）MEMS：规模最大的传感芯片，市场稳增长

MEMS传感器芯片市场规模最大，占传感器芯片总市场的一半，未来仍有望稳定增长，目前国产化率仍低。MEMS是一种加工工艺，它利用半导体加工技术在硅晶圆上制造出微型电路和机械系统，经封装和切割组装形成硅基换能器，具有微型化、功耗低、成本低等优势，可用作加速度、角速度、压力和执行器等多种传感器芯片的生产制造。根据Omdia的数据统计，2022年全球MEMS行业市场规模已达到184.77亿美元，目前MEMS传感器在消费电子、医疗、汽车电子以及工业等应用领域占比最高，分别占据41.8%、28.1%、16.7%和9.1%。其中射频滤波器、压力传感器、惯性传感器和声学传感器是MEMS的主要应用。

对比其他传感器制造工艺，MEMS具有可批量生产、但技术复杂度高以及定制化属性强的特征，国际龙头主导市场份额并普遍采用IDM（垂直整合制造）生产模式。（1）相比传统机械系统，MEMS由于足够小型化，可通过微纳加工工艺批量生产；（2）相比标准CMOS工艺，MEMS由于复杂的微小机械系统的存在，制造过程需要兼顾电路和机械系统，而不同的传感器又拥有不同的机械特性，使得MEMS在晶圆制造和封装测试环节都有较强的定制化特征，有“一种产品，一种制造工艺”，海外龙头厂商普遍采用IDM生产模式。

国产MEMS传感芯片的参与者以Fabless为主，虽然IDM更有助于中长期发展，但是考虑到技术发展阶段，中短期立足Fabless模式，同时获得先进的、充足的代工资源成为国产厂商参与全球竞争关键。根据Yole，全球领先的MEMS晶圆代工厂包括赛莱克斯Silex、Teledyne DALSA、索尼Sony、台积电TSMC、X-Fab、APM、IMT、世界先进VIS、高塔半导体Tower Jazz、联华电子UMC等。我国有赛微电子、中芯集成、华虹宏力等。通过收购海外龙头公司，有利于加速国产厂商在MEMS生产技术上的突破。

（2）磁传感：受益于新能源汽车，增长弹性显著

磁传感器以半导体材料和CMOS制造工艺为主，是仅次于MEMS的第二大类传感器芯片，市场规模约25亿美元，未来将显著受益于新能源汽车，并且国产厂商加速突破。

磁传感器包括霍尔和磁阻（xMR，含AMR、GMR和TMR）两大类，分别基于霍尔效应和磁阻效应。霍尔磁传感器应用相对更广泛，它使用标准化的CMOS生产工艺，将霍尔元件、稳压电路和运算放大器集成，因而规模量产性和成本较优。霍尔磁传感器功能上可分为线性霍尔、开关霍尔两类，前者输出模拟量，输出是和输入量成正比的电压；后者输出数字量，根据电路电平状态变化输出0和1，进而控制开关通断。

竞争格局方面，全球磁传感器市场主要由美国、日本和欧洲公司主导，行业龙头包括Allegro、英飞凌Infineon、迈来芯Melexis、AKM和东电化TDK等；国产参与者包括比亚迪半导体、灿瑞科技、纳芯微、艾为电子、赛卓电子、麦歌恩等。不同于MEMS传感器定制化的生产工艺和封装，磁传感器（霍尔为主）使用标准的CMOS晶圆生产工艺，具备相对成熟且充足的产能资源，因此行业参与者均采用晶圆代工，自主封装的业务模式。

2、模拟前端

模拟前端主要由线性产品（含放大器和比较器）、模数转换器ADC构成，与后端数模转换器DAC、各类接口产品共同构成信号链。2021年全球模拟芯片市场规模为670亿美元，通用和专用芯片分别占41%和59%，市场规模为272亿美元和397亿美元。其中通用芯片由信号链（含线性、转换器和接口等）和电源管理芯片构成，分别占37%和63%；专用芯片包括通讯、汽车、消费、计算和工业等应用领域，分别占52%、27%、7%、6%和8%。预计到2023年，该市场规模将达到948亿美元，因此模拟芯片市场将呈现稳步扩张趋势。

从成长性的角度，技术升级方面，芯片集成化以减少外围电路是大势所趋，专门的信号调理ASIC芯片、集成化的传感器芯片有助于智能传感终端小型化、便携化；以血氧检测仪为例，高集成的模拟前端芯片可以节省分立电子元器件。而在生产工艺端，模拟芯片BCD生产工艺向着高压、高功率和高密度三个方向演进，目前已升级到65nm，并且向着标准化、模块化发展。（BCD是将高精度的BJT器件、高集成度的CMOS器件和作为功率输出级的DMOS器件同时集成到单芯片上的技术）。

市场需求方面，数字核处理器的工艺制程已升级至5nm并向3nm及更高阶制程演进，为保证可靠性和漏电流的要求，处理器的供电电压也要随之减小，催生数字核处理器与周边器件电压转换的新需求。此外，物联网和智能汽车市场的增长有望带动传感元件、信号链需求的提升。

竞争格局方面，欧美日厂商主导模拟前端芯片市场，根据IC Insights，2018年全球前十大模拟芯片供应商合计60%份额。国内模拟集成电路厂商起步较晚，产品以中低端芯片为主。在技术积累和政策支持下，国产化发展迅速。模拟前端厂商的竞争优势在于：一，更全的产品品类；二，更高的集成度；三，自建安全产能，保证供应链稳健。

3、微控制器

MCU是微控制单元（又称单片机），执行计算和控制的功能，它将CPU的频率与规格做适当缩减，并将内存、定时器、I/O端口、串行口和中断系统等整合在单一芯片上，根据应用场景的不同，部分MCU还集成了A/D、D/A、PWM、PCA、WDT等功能部件、以及SPI、I2C、ISP等数据传输接口。

MCU具有众多产品分类：（1）按照处理器的数据位数，可分为4位、8位、16位、32位和64位。位数越高，运算速度越快，基于ARM内核的32位MCU，具有良好的生态和可拓展性，逐渐成为全球消费电子和工业电子产品的核心，占据了主要市场。（2）按照用途可以分为通用型和专用型，通用型是指将可开发的资源（ROM、RAM、I/O、EPROM）等全部提供给用户的MCU；专用型MCU是指硬件及指令是按照某种特定用途而设计，例如汽车和智能卡应用。

MCU是汽车的重要组件，用于各种电子控制单元（ECU），广泛应用于车辆的各个领域。根据数据，MCU在车用半导体器件总量中占比30%。传统汽车平均每辆车使用70颗MCU，而智能汽车预计将超过100颗。车身控制领域通常使用8位MCU，具有简单耐用、低价的优势；而动力系统和辅助驾驶传感器等领域则使用32位MCU，具备更高的处理能力。总体来说，随着汽车架构的演进，32位MCU将成为车载系统的主流，因为它能够处理大量传感器数据，并整合域控制器功能。边缘端MCU从8/16位升级到32位也是一个趋势。

竞争格局方面，全球MCU市场高度集中。瑞萨科技、恩智浦、ST、英飞凌和微芯科技等占据主要份额，国内MCU厂商主要参与消费和家电市场，近年来逐步导入汽车领域，从与安全性能相关性较低的中低端车规MCU切入，如雨刷、车窗、环境光控制等车身控制模块，并逐步开始研发未来汽车智能化所需的高端MCU，如智能座舱、ADAS等。根据Omdia，比亚迪半导体是中国领先的车规级MCU芯片厂商，其他参与者还包括兆易创新、芯海科技、中颖电子、国芯科技、峰岹科技和杰发科技（四维图新子公司）等，未上市公司包括琪埔维半导体、赛腾微电子、芯旺微和华大半导体等。

4、通信芯片

通信芯片用于传感器终端和网络的连接，含有线和无线两种方式。通信芯片有统一的协议和规则，并且由于应用场景需求的多元化，协议种类也丰富多样。

1）有线通信协议，以太网（Ethernet，ETH）应用最为广泛，包括运营商、企业网等，而针对特定应用领域行业内联盟共同制定相关协议，消费电子市场有USB、HDMI、MIPI、LVDS、VGA和DP/eDP等，汽车市场有CAN、LIN、MOST和FlexRay等，工业市场有串行数据接口（RS-485、RS-232等），电力线通信有PLC，智能表抄表有M-BUS等。

2）无线通信协议，包括远距离蜂窝通信、远距离非蜂窝通信、近距离通信、以及卫星导航定位通信，其中蜂窝通信按1G到5G持续迭代升级，远距离非蜂窝通信包括WiFi、Zigbee、NB-IoT和Lora等，短距离通信包括蓝牙、UWB和RFID等，卫星导航定位通信包括北斗/GPS/Glonass/Galileo等。

物联网通信以无线通信为主，不同类型的终端联网方式各有差异。手机作为智能化程度高的终端，集成各类无线通信功能；笔记本电脑以WiFi和蓝牙为主；TWS耳机使用蓝牙传输音频；智能手表使用蓝牙、WiFi一体化芯片；智能健康监测以蓝牙为主；智能家居以WiFi为主；物联网通信芯片由基带（Modem）和射频前端（RFFE）构成，大部分场景下基带与主处理器集成为SoC芯片，射频前端仍以分立芯片的形式为主。根据GSMA预测，预计到2025年全球物联网连接数将提升至233亿个，其中蜂窝物联网连接数有望从2021年的21亿个提升至2025年的41亿个。

智能汽车车内通信以有线通信为主，车载网络多年发展至今已形成以CAN总线为主流，多种总线技术并存的解决方案。但在汽车电子电气架构升级、分域管理和整车轻量化的趋势下，以太网通信有望作为核心技术支撑，一方面提升通信带宽，另一方面降低车内走线的复杂性，此外还能减少整车重量。以太网电路接口主要由数据链路层（MAC）和物理层（PHY）两大部分构成，汽车大部分处理器已包含MAC控制，PHY芯片承担了将线缆上的模拟信号和设备上层数字信号相互转换的职能。PHY芯片是一个复杂的数模混合芯片系统，芯片中包含高性能SerDes、高性能ADC/DAC、高精度PLL等AFE设计，也包括滤波算法和信号恢复等DSP设计，需要数字、模拟、算法全方位技术经验以及完整产品设计团队。

以Aquantia的汽车ADAS以太网架构为例，每一个传感器（包括摄像头、激光雷达、毫米波雷达、超声波雷达等）侧都需要部署一个PHY芯片以连接到ADAS域的交换机上，每个交换机节点也需要配置若干个PHY芯片，以输入从传感器端传输过来的数据。根据以太网联盟的预测，随着汽车智能化应用需求推动的车联网技术不断发展，未来智能汽车单车以太网端口将超过100个。根据中国汽车技术研究中心有限公司的预测，2021~2025年车载以太网PHY芯片出货量将呈10倍数量级增长，2025年中国车载以太网物理层芯片搭载量将超过2.9亿片。根据中国汽车技术研究中心的数据，预计2022~2025年全球以太网物理层芯片市场规模保持25%以上的年复合增长率，到2025年突破300亿元。

整体而言，通信芯片均呈现寡头垄断的竞争格局。1）蜂窝通信芯片市场，Qualcomm、MediaTek占主要份额，此外还有韩国三星、中国大陆的紫光展锐、海思半导体、翱捷科技等；2）非蜂窝通信芯片市场，Broadcom和Marvell为全球Wi-Fi芯片龙头，Nordic和Dialog在低功耗蓝牙芯片领域占据近50%份额，Decawave和NXP在UWB芯片领域占据主导地位，国内非蜂窝通信芯片的参与者有乐鑫科技、博通集成、恒玄科技、中科蓝讯等。3）以太网PHY芯片市场，美国博通美满电子、德州仪器、高通和中国台湾瑞昱四家厂商占据主要市场份额。目前境内仅少数厂商能够大批量供应多速率、多端口的以太网物理层芯片。我国以太网物理层芯片自给率较低，下游厂商使用的以太网物理层芯片高度依赖境外进口。国产厂商裕泰微、景略半导体等。

5、传感器封装/整机

消费类电子终端由于高集成度、轻量化、小型化，传感器通常以封装完成的芯片的形式应用在终端，芯片供应商和终端品牌形成直接的供应关系；工业控制、汽车电子等应用由于零部件复杂，实行分域管理（车身域、底盘域、座舱域、动力域电池管理和电机驱动控制系统、自动驾驶域），传感器芯片需要以模组/整机产品的形式，配合主控算力芯片、电源管理芯片、通讯接口芯片以及其他电气部件通过Tier½厂商再供货给终端品牌客户。

整体而言，全球传感器市场格局相对分散，整体以海外龙头大厂为主。测量对象和应用场景的多样化造成传感器的技术原理、产品形态和材料工艺千差万别，因此市场呈现碎片化特征。此外，由于传感器对采样速度、精度以及一致性等性能要求较高，需要长期的技术和工艺积累，因此强者恒强，海外龙头大厂长期占据主导地位。通用型传感器市场由博世、博通、Qorvo、ST意法半导体和TI等主导，汽车传感器市场以国际Tier1厂商为主，包括博世、大陆、BorgWarner、Sensata、DENSO、英飞凌、Elmos、Aptiv、Allegro、TI和ADI等；工业自动化领域有西门子Simens、东电化TDK等。

总结全球传感器龙头厂商的业务特征，主要有两类：一类是传感器芯片+通用模拟芯片，以模拟芯片龙头TI、ADI和ST等为例；另一类是传感器芯片+模组+软件一体化解决方案，以汽车Tier1博世Bosch为例。

万物互联时代传感器的成长空间广阔，尤其是智能汽车、物联网带来的增量需求，同时机器人行业的迅速发展也为传感器带来新的机会。下面我们主要介绍传感器在机器人及汽车领域的应用。

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