Патентный анализ аналоговой электроники

Аналоговая электроника — это отрасль электроники, которая работает с непрерывно изменяющимися сигналами. Она используется там, где сигналы получаются от аналоговых датчиков перед преобразованием в цифровые для последующего хранения и обработки. Хотя цифровые схемы считаются доминирующей частью современного технологического мира, некоторые из наиболее фундаментальных компонентов цифровой системы фактически являются аналоговыми по своей природе. Про аналоговую электронику мы сегодня и поговорим. 

Рынок аналоговой электроники

Одним из факторов, обуславливающих развитие аналоговых решений, является нарастающий вал новых типов датчиков для всевозможных применений, которые раньше были упущены или в них не было необходимости. Например, в современных автомобилях устанавливаются десятки электронных устройств: видеосъемка, контроль качества масла и т.д. Датчики стали применяться в смартфонах, и это направление развивается взрывным темпом.

Почему аналоговая электроника такая сложная на Хабре хорошо проанализировали год назад ^[1]. 

В маркетинговом исследовании ^[2] показано, что размер рынка аналоговых интегральных схем (IC) составит 83,85 млрд долларов, а к 2032 году достигнет 139,11 млрд долларов. При этом с 2025 по 2032 год ожидается ежегодный рост на 7,5%. Рост рынка обусловлен, в частности, увеличением спроса на эффективное управление мощностью и обработку сигналов в современной электронике. Некоторые прогнозы рынка:

• Доля потребительской электроники на мировом рынке аналоговых IC в 2025 году составит 35,4%.

• Азиатско-Тихоокеанский регион сохранит лидерство на мировом рынке аналоговых IC, его доля 44%.

В данной статье нас интересует только патентный аспект.

Патентный аспект

На портале Google.Patents поиск по запросу analog electronics показывает более 100 000 документов. По международной патентной классификации лидируют следующие темы:

• обработка цифровых данных с помощью электрических устройств G06F ^[3] — 29,1%;

• диагностика; хирургия; опознание личности A61B ^[4] — 20,6%;

• передача цифровой информации H04L ^[5] — 12,2%;

• компьютерные системы, основанные на специфических вычислительных моделях G06N ^[5] — 10,1%;

• передача сигналов H04B ^[5] — 9,0%;

• сети беспроводной связи H04W ^[6] — 8,5%;

• радиопеленгация; радионавигация; измерение расстояния или скорости с использованием радиоволн; определение местоположения или обнаружение объектов с использованием отражения или переизлучения радиоволн; аналогичные системы с использованием других видов волн G01S ^[5] — 7,8%;

• полупроводниковые приборы H01L ^[5] — 7,6%;

• исследование или анализ материалов путем определения их химических или физических свойств G01N ^[5] — 7,3%;

• передача изображений, например телевидение H04N ^[5] — 6,5%;

• медицинские устройства или процедуры G16H ^[5] — 5,7%;

• системы для подачи или распределения электроэнергии H02J ^[5] — 5,4%;

• элементы запоминающих устройств G11C ^[5] — 5,3%;

• импульсная техника H03K ^[5] — 4,0%;

• устройства и приспособления для введения лекарств в организм или для нанесения их на кожный покров A61M ^[5] — 3,9%;

• измерение электрических и магнитных величин G01R ^[5] — 3,5%;

• распознавание изображений G06V ^[5] — 3,5%;

• оптические элементы, системы или приборы G02B ^[5] — 3,3%.

Видно, что тематика довольно широкая, но в основном по трём разделам МПК: 

A –жизненные потребности человека;

G – физика;

H – электричество.

Динамика по годам представлена на рис. 1.

Рисунок 1: Динамика мирового патентования изобретений на тему аналоговой электроники в 2016-2025 гг.

Видно, что в 2010-е годы наблюдался рост количества выданных патентов на изобретения в области аналоговой электроники. Но в последние 5 лет активность патентования снизилась вдвое. Возможно, это указывает на особо высокую проработанность данной темы, либо поданные заявки еще так и не стали патентами.

Рейтинг патентовладельцев следующий:

1. Pure Storage, Inc. ^[7] — 11,1%;

2. Dexcom, Inc. ^[8] — 1,9%;

3. Samsung Electronics Co., Ltd. ^[9] — 1,8%;

4. STATS Chip PAC Pte. Ltd. ^[10] — 1,5%;

5. Medtronic Minimed, Inc. ^[11] — 1,2%;

6. iCometrue Company Ltd. ^[12] — 1,1%;

7. Intel Corporation ^[13] — 1,1%.

Из подсчётов Google видно лидерство компаний Юго-Восточной Азии и США в патентах по теме аналоговой электроники. Но безусловный лидер — американская Pure Storage, Inc.

Патенты по аналоговой электронике в России? 

Поиск патентов РФ на изобретения в области аналоговой электроники проведен нами по рефератам в базе ФИПС (табл.1).

Таблица 1: Количество патентов на изобретения РФ по аналоговой электронике

Источник: подсчет автора по базе данных ФИПС 

Динамика патентования изобретений РФ по аналоговой электронике представлена на рис. 2.

Рисунок 2: Динамика патентования изобретений РФ по аналоговой электронике в 2007-2025 гг.

Примеры патентов РФ на изобретения:

№2620933 ^[14] (2017) Волоконно-оптический гироскоп с большим динамическим диапазоном измерения угловых скоростей. Центр эксплуатации объектов наземной космической инфраструктуры. 

№2726628 ^[15] (2020) Радиоэлектронный блок. АО "Научно-производственное объединение "Государственный институт прикладной оптики". Технический результат - повышение электромагнитной совместимости радиоэлектронного блока при сохранении плотной компоновки электроники и небольших массогабаритных характеристик. Достигается тем, что радиоэлектронный блок содержит плату питания и управления с элементами питания и управления и системную плату с чувствительными аналоговыми радиоэлементами, выходные разъемы на платах, межплатные соединения, модуль крепления.

№2771066 ^[16] (2022) Многоканальный аналого-цифровой преобразователь. Научно-производственный комплекс "Технологический центр" (Зеленоград). Техническим результатом изобретения является повышение точности за счет уменьшения взаимного влияния каналов аналого-цифрового преобразователя друг на друга.

№2813175 ^[17] (2024) Малошумящий источник опорного напряжения. Воронежский государственный университет. Изобретение относится к области электроники и может быть применено в составе микросхем аналогово-цифровых и цифро-аналоговых преобразователей, аппаратуры радиосвязи и радиолокации, высокоточной измерительной аппаратуры, работающей в широком температурном диапазоне, требующей наличия прецизионных источников опорного напряжения с низким уровнем низкочастотных фликкер-шумов. 

Динамика патентования полезных моделей по аналоговой электронике представлена на рис. 3.

Рисунок 3: Динамика патентования полезных моделей по аналоговой электронике в 2008-2025 гг.

Виден резкий всплеск выдачи патентов РФ на полезные модели в 2009; 2014 и 2018 годах, однако это имело место в рамках рутинной нерегулярности подачи документов заявителями и флуктуации обработки заявок в бюрократической машине ФИПС. 

Примеры патентов РФ на полезные модели:

№170673 ^[18] (2017) Многоканальный аналоговый усилитель для электроэнцефалографии. Нижегородский государственный университет им. Н.И. Лобачевского. Полезная модель относится к области медицинской электроники и может использоваться в качестве аналогового усилителя в составе диагностических систем энцефалографии, а также кардиографии, функционирующих на основе измерения биопотенциалов. 

№208111 ^[19] (2021) Коммутатор аналогового сигнала. ПАО "Красногорский завод им. С.А. Зверева". Полезная модель относится к области электроники и может быть использована для построения электронных устройств управления. Технический результат - снижение минимально допустимого управляющего напряжения коммутатора в открытом состоянии. 

№233563 ^[20] (2025) Модуль питания DC/DC в пластиковом корпусе (ИПТ 13). ООО "ПСБ технологии". Полезная модель относится к области электротехники и предназначена для использования в системах радиолокационного оборудования, микропроцессорной технике и СВЧ-электронике. 

Баз данных по аналоговой электронике зарегистрировано в РФ 3 ед., все в 2024 г. Правообладатель - Бухонский Михаил Иванович. 

Имеется 10 программы для ЭВМ по запросу «аналоговая электроника» за период 2013-2025 гг. Примеры:

№2020617472 ^[22] SQL_CV. АО «Электронные и механические измерительные системы». Программа устанавливается на сервер промышленной базы данных MS SQL SERVER. Программа предназначена для работы совместно с клиентской программой управления калибровочным и метрологическим оборудованием стенда калибровки и верификации цифрового и аналогового сигнала интеллектуальных датчиков давления ЭМИС-БАР с версией электроники, разработанной ГК «ЭМИС».

№2020660116 ^[23] Программа для измерения частотных характеристик оптического отклика двумерных полупроводниковых материалов. МИРЭА. Исследование частотных характеристик отклика двумерных полупроводников при их облучении высокоинтенсивным оптическим излучением является важной задачей для современной электроники. 

В РФ имеется 3 свидетельства на топологию интегральных микросхем в области аналоговой электроники:

№2015630093 ^[24] Топология интегральной микросхемы К1921ВК01Т. АО "Научно-исследовательский институт электронной техники". Микросхема представляет собой СБИС 32-разрядного микроконтроллера на базе ядра ARM Cortex-M4F, предназначенного для автомобильной электроники, систем управления электродвигателями. 

№2016630145 ^[25] Макет аналоговых блоков для аттестации технологического процесса высокотемпературной электроники. Московский институт электронной техники. ИМС (макет) предназначен для аттестации технологического процесса КМОП КНИ-0,5 мкм для изделий высокотемпературной электроники. Макет состоит из нескольких функционально-независимых аналоговых блоков: источника опорного напряжения, аналогового компаратора, токовых зеркал, а также магниточувствительного элемента Холла. Напряжение питания: З,З В; температурный диапазон: от -60°С до 225°С.

№2023630039 ^[26] Заказная аналого-цифровая интегральная микросхема типа система на кристалле обработки сенсорных сигналов. ООО «Силаб». Микросхема предназначена для съема и предварительной обработки информации сенсорных сигналов с последующей передачей данных по цифровым интерфейсам в модуль управления, например, микроконтроллер. 

НИОКТР

По запросу аналоговая электроника ГИС «Наука и инновации» выдаёт 163 документа. В основном это открытые отчёты о НИОКТР по грантам и договорам. 

Нас привлекли ведущиеся и начинаемый работы. 

Так, НИР «Адаптивная мемрионика нейроморфных электронных систем» за грант в 53,6 млн руб. от Минобрнауки РФ выполняет в 2025-2027 гг. СПБГЭТУ "ЛЭТИ". Целью проекта является разработка фундаментальных основ создания высокоинтегрируемых мультибитовых мемристивных элементов, а также методов и средств аппаратно-интегрального проектирования реконфигурируемых нейроморфных электронных платформ на их основе, включая реализацию встроенного режима обучения с использованием потенциала асинхронных аналоговых вычислений. Планируется разработать разные типы многоуровневых мемристивных структур, в которых физическая основа резистивной перестройки может обеспечиваться как электронными, так и ионными процессами. 

Разработка конфигурируемой многофункциональной аналоговой интегральной микросхемы ведётся в ООО «АРП-Дизайн» в 2024-2027 гг. за грант 50 млн руб. от Фонда содействия инновациям. Целью НИОКР является создание многофункциональной аналоговой интегральной микросхемы с возможностью конфигурирования заданных функций и электрических характеристик аналоговой системы обработки сигналов согласно настройкам пользователя.

НИР «Исследование фундаментальных основ и принципов создания наноэлектронной элементной базы многофукциональной электроники для сверхбыстрой энергоэффективной обработки и передачи информации на основе новых физических эффектов» выполняет в 2023-2025 гг. МИЭТ за грант 96,2 млн руб. от Минобрнауки РФ. В результате выполнения работы ожидается, что будут разработаны методы построения быстродействующих блоков приемопередающих и аналогово-информационных преобразователей, включая алгоритмы средств систем автоматизированного проектирования.

Заключение

Аналоговая электроника находит широчайшее применения, обычно в совокупности с цифровой электроникой – от медицины до разнообразной «гражданки» («Абиссаль-3» для морских глубоководных геологоразведочных работ; систем управления машинами лесозаготовительного комплекса; лифтовое хозяйство, машиностроение и электросети, автомобильная электроника, носимая электроника с батарейным питанием).

Патентов сравнительно немного, но ими владеют серьёзные предприятия, например ПАО «Красногорский завод им. С.А. Зверева», АО «Научно-внедренческий центр "Вагоны», АО «Научно-исследовательский институт физических измерений», Объединенный институт ядерных исследований. 

Впечатляет широта и глубина проводимых НИОКТР по теме аналоговой электроникой; они сулят новые изобретения и, надеемся, новые патенты.