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解码德州仪器

2020-09-29 14:00:23 来源: 半导体行业观察

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来源：内容转载自公众号「滴水石开」，作者：沈斌，谢谢。

Texas Instruments ，简称TI，可能是江湖中一直都会有的传说。

根据IC Insights 2019年领先半导体公司的排名，2019年，前10大模拟IC供应商合计占552亿美元模拟集成电路市场的62%，即342亿美元，比2018年的60%提高了两个百分点。

数据来源：IC insights

收购National Semiconductor后，TI一直就把持着模拟IC龙头的位置了。从市场份额和模拟IC的赛道特征来看，TI这个老大可能还要当很久——要做大哥很多年啊。

因此不论从哪个角度看，了解TI，对于一个经常要和IC产业打交道的人而言，是必要的。

因此我决定，做一些研究，抛砖引玉。

入手

研究TI的资料其实很多了，也有很多的报告和文章可以找得到。通过很多的科普，我们知道TI最早是做“地球”生意的——最早公司叫Geophysical Service Incorporated；也知道TI是一个“oh that calculator company”，作为一个优秀的“消费电子”公司，在美国中小学生群中力压APPLE，其图像计算器真的算是居家旅行必备物品。不仅仅是在美利坚，上世纪火爆全中国的半导体收音机，国人习惯简称其为半导体，也是TI在基尔比搞出集成电路后，打造出的爆款消费电子产品。

TI-nspire CAS

图片来源：网络

除此以外，其产品中的“双D组合”——DSP & DLP也是独步天下，威名远扬。

如果真的要把TI的产品说全，怕是几年都说不完，这个公司基本上就是给人增添选择的“麻烦”。产品实在是太多了......

所以，要选择一个研究的起点来入手时，我选择了"A76"——“A76”其实是一个代号，它代表了TI的一个拥有637名成员的专利族群。选择它来做入手，因为在TI庞大的专利体系中，这个家族的成员数量算是非常靠前，既有点古老，又比较年轻。

至于为什么叫A76嘛......

我随机取的，只是方便区别。入手而已嘛，轻松一点啦。

A76家族

这个家族的核心是集成电路的Test，包括了测试架构，测试协议，测试方法，测试电路，测试设备，测试标准，测试中的通信控制，测试数据处理等等，覆盖面非常完整。

首先从几个宏观的方面来一览其风采——

（1）IPC

A76专利族相关的IPC标签，大类上都在G01，G06，G11，H01，H03，H04这几类中。这其中G01R是涉及到最多的领域，从638个专利家族成员的IPC标签统计，数量相关的TOP10中9个来自于G01R31（如果扩展到TOP24，G01R31占据23个席位）：

数据来源：滴水石开

G01R是测试电变量和测试磁变量相关的分类，G01R31则主要是电性能相关的测试领域，因此从这也可以看出A76这个专利族主要就是围绕着电性能测试来布局的。

从全球企业在G01R31上的布局来看，TOP20的公司如下图所示（前10中有6家都是日本公司，第一位的是现在的半导体测试设备龙头爱德万，中国国家电网排在第2），TI在第13位。

数据来源：patbase

而在TI总共2600个和G01R31相关的专利中，A76这个专利族就贡献了637个名额。

另外一个比较重要的IPC类是G06F11，主要是和错误检测，校正，监控相关。这也是测试中非常重要的部分。

（2）专利时间分布

从现有的相关资料来看，A76专利族中，最早申请的专利为US5001713A，于1989-2-8申请，1991-3-19获得授权。而最新的家族成员为US2020174068A1，于2020-2-3申请，2020-6-4获得授权。

整体的专利申请时间分布如下图所示：

数据来源：滴水石开

从专利申请和布局的时间来看，1991，1993，2001，2005，2010-2015，这几个时间段是阶段性的高峰。整体上进入21世纪后，TI在A76专利族的布局速度大幅增加，当年专利申请数据在2011年达到高峰。

（3）专利的地区布局

从专利布局的地区来看，美国是最核心的区域，637个专利成员中，543个在美国申请。美国之外数欧洲和日本较多，具体的数据如下表所示：

数据来源：滴水石开

从布局的专利分地区来看（美国区域在后续的分析中展开）：

A76在欧洲的布局重点偏向于IC的测试架构和测试方法（ 1990/1991/1993/199

7），接口（相关的协议，JTAG，2005-2007）
A76在日本的布局和欧洲类似，重点也是偏向于IC的测试架构和测试方法（1990/

1991/1993/2001），接口和总线（相关的协议，JTAG，1997/1999/2008/2012）
A76在德国的布局和欧洲1990/1991/1993/1997一致
A76在韩国的布局主要在1990/1991/1997，所有在韩国专利都是和测试架构和测试方法相关
A76在世界范围（WO）的布局则集中在2005-2007，主要是和端口，接口（JTAG）和通讯协议相关
A76在中国的布局就两个对JTAG接口的优化方面的专利

从以上可以看出，A76的主要成员还是在美国，美国之外基本就是在1990-1997（主要是测试架构和测试方法相关）和2005-2008（主要是接口协议通信相关）这两个时间段有所布局。

从宏观上整体过览了一遍A76后，我们再来从微观层面品一品。

（1）关键词

在637个专利家族成员的title中，有几个词是大量出现的，它们是“JTAG，signaling interface（信令接口），TAP，TMS，scan（扫描），state machine（状态机），ieee 1149.1 test（ieee 1149.1测试），test access port（测试访问端口）”。

从他们出现的次数来看：

数据来源：滴水石开

JTAG是由 Joint Test Action Group来命名（也是该组织名的缩写），是用于验证设计并在制造后测试印刷电路板的行业标准。该标准在1990年被IEEE编入标准1149.1-1990。JTAG指定使用专用的调试端口来实现串行通信接口，以实现低能耗的访问，而无需直接从外部访问系统地址和数据总线。该接口连接到片上测试访问端口（TAP），该端口实施有状态协议来访问一组测试寄存器，这些测试寄存器提供了芯片逻辑级别和各个部分的设备功能。

好吧，从上面的描述来看，我们可以看出，其实所有的关键词，都和JTAG有关。因此了解JTAG是有价值的。这里提供一条JTAG的维基百科：

https://en.wikipedia.org/wiki/JTAG

在1980年代，使用球栅阵列和类似安装技术的多层电路板和集成电路（IC）成为标准，并且在探针不可用的IC之间建立了连接。电路板中的大多数制造和现场故障是由于板上的焊点不良，板连接之间的缺陷或从IC焊盘到引脚引线框的键合和键合线所致。JTAG作为一个组织就在这样的背景中，于1985年由几家主要的电子制造商为了制订一种PCB和芯片测试标准而成立，旨在提供从一个IC焊盘到另一个IC焊盘的引脚排列图，以便可以发现这些故障。这几家电子制造商中的其中一家，叫Texas Instruments（其它还有IBM、AT&T、Philips等）。

而JTAG接口是添加到芯片的特殊接口。根据JTAG的版本，添加了两个，四个或五个引脚。设计了四针和五针接口，这样，如果满足特定条件，板上的多个芯片就可以将它们的JTAG线以Daisy-chained的方式链接在一起。

Daisy-chained JTAG (IEEE 1149.1)图

资料来源：wiki

“标准的JTAG接口有4条线：TMS、TCK、TDI、TDO,分别为模式选择、时钟、数据输入和数据输出线。相关JTAG引脚的定义为：TCK为测试时钟输入，由仿真器给到芯片；TDI为测试数据输入，数据通过TDI引脚由仿真器给到芯片；TDO为测试数据输出，数据通过TDO引脚从JTAG接口输出给仿真器；TMS为测试模式选择，TMS用来设置JTAG接口处于某种特定的测试模式；TRST为测试复位，输入引脚，低电平有效。TI公司的14-Pin JTAG接口（见下图）在标准的JTAG基础上添加了一些TI公司私有的引脚：PD（Vcc）、TCK_Ret、EMU0以及EMU1。他们的功能分别是：检测目标板是否接好、TCK时钟返回、仿真模式选择。”

（资料来源：CSDN博主「aoxiang_ywj」的原创文章，原文链接： https://blog.csdn.net/baidu_37973494/java/article/details/97394852 ）

因此，看起来A76家族实际上是TI围绕着JTAG的标准建设和话语权而重点布局的专利大族，考虑到这层意义，在TI的专利体系中，其地位很可能是显赫的。

（2）核心专利

从专利申请的次数（考虑时间和区域）和专利引用和被引用的情况，我们筛选出以下几个在这个专利大族中可能是核心专利的候选成员：

数据来源：滴水石开

以上四个专利中，有两点很重要：

US5001713A是A76家族的第一号成员，但是它的小家专利系列已经全部到期了
四个专利都出自一个人之手，这个人叫Lee D. Whetsel

对这四个核心专利的分析，就在下文展开吧~

# 1、大神

上一篇文章的最后，我们筛选出TIPF-76（上篇文章中我们用A76来代指这个专利的家族，后面我们统一的命名的规则，让其更加有意义）中我们认为最核心的4个专利：

数据来源：滴水研究

然后我们发现了这四个专利的发明人都是Lee D. Whetsel。如果从在TI的专利体系中来看，除了这四个专利外，Whetsel先生还有1473个专利——在我们总共覆盖的TI的79474中其占比约1.8%——是TI专利的发明人中最高产的一个。从1987年6月开始到2020年2月，三十三年的跨度中，老爷子持续地在释放能量，并且是越来越高产。

数据来源：滴水研究

从IPC来看，主要还是在G01R31领域（电性能相关的测试），围绕着这个领域充分的耕耘和布局。而从专利族的分布来看，TIPF-76（JTAG）依然是其涉及最多的专利族和技术簇。TIPF-1482（通过扫描分配器PSD和收集器PSC对测试信号进行输入和输出，以从对IC进行测试）也是涉及较多的一个技术簇。其1477个专利基本上都是围绕着IC测试来展开的。

这给我带来了以下的一些感悟：

工程师的重要性，尤其是牛逼的工程师
专注并持续积累成为一个领域的顶级专家，是很难得的素质，这个可能也是一个技术人才或工程师最质朴但最优秀的素质
留住这些顶级人才，他能够给企业建立或带来深度的沉淀和持续的领先

我试图去google关于这位大神更多的信息，未果。

# 2、核心专利族

在解码TI（一）中，我们首先定位了TIPF-76这个专利家族，而从后续更多的数据整理和技术指标来看，包括在TI专利族群中拥有接近31年的最长跨度（从该族群第一个专利申请日到其最新的一个专利的申请日之间的时间计算），全球多地区的申请次数等，它确实很可能是TI专利族中最核心的一个技术簇——这反映了IC测试在IC领域中的核心地位，也说明了我们大体上的方向和思路很可能是有效的。根据这些指标，我们又筛选出来一些核心专利族群：

数据来源：滴水研究
注：这里申请次数求和并不直接体现该专利族群的总申请次数，只是在我们采用一个统一的计算方式来体现专利族群的申请情况的相对多寡。

接下来我们对其中其他的几个比较有意思的专利族做些整理和分析：

TIPF-660

这个专利族在2003年的7月30-31日，两天内完成全部布局……当然，如果我们的数据源没有错的话，它确实就是这样。它包括了28个Simple Family（来自于EPO的解释：All documents having exactly the same priority or combination of priorities belong to one patent family.）和105个专利。

其主要的结构列表如下：

数据来源：滴水研究

从上表中可以大概的看出，TIPF-660主要是和处理器的指令和运算相关的专利族。从专利的申请地来看，只在美国和欧洲做了布局。

TIPF-5532

这个专利族可以说是小而彪悍，总共12个applications，18个publications，然而只有一个主角，就是空间光调制器和方法（Spatial light modulator and method），最早从1984年开始布局申请。其最核心的4个专利都有着爆棚的被引量（有很多也是TI自己其他的专利引用）。

数据来源：滴水研究

这个应该就是TI在DLP上的基础专利，不过在2005年到期了。其Claim也是尽可能地覆盖了多种基础结构，包括“以分层结构形成的多个像素”，“所述分层结构，包括衬底，在所述衬底上的隔离层，在所述隔离层上的第一反射层，在所述第一层上的第二反射层以及电寻址电路”等方面。这些都给予了TI在DLP上强大的护城河，即便专利到期后，保护期内的20年间TI在DLP上的持续积累也让其继续扩大领跑优势，独步天下。

TIPF-12360

这个“古老”的专利族里，我们欣喜地看到一个熟悉的名字——JACK KILBY。这可以说是集成电路的起始专利族，最早于1959年2月6日申请（闪耀着荣光的US3138743A，见下图）。这也是TI申请了最多次的核心专利族群。

数据来源：US3138743A附图

59个专利成员中，48个属于同一个simple family，都是围绕着“微型集成半导体电路”的设计，工艺，器件和制作方法来展开。集成电路对于这个世界的推动意义无需多言，这也奠定了TI在电子产业中江湖地位。

TIPF-1318

这也是TI一个持续布局，时间跨度较长的专利族群，从1987年到2003年。从内容和领域上看，它是TI在处理器的架构，仿真和测试上所布局的一个比较重要的专利族群。

其主要的结构列表如下：

数据来源：滴水研究

其中27407784和46250021是这个专利族群中比较重要的两个simple family。前者主要是和运算相关，后者主要是和状态位和条件指令相关。这些也都是处理器中非常核心的部分。

# 3、最近TI在布局的领域

首先我们整理了以下从2016年以来TI新出现的专利族群，基于专利族的专利数量，申请次数和被引用情况，从中选择了我们认为比较有意思的一些：

数据来源：滴水研究

注*：是一个simple family，也是inpadoc family

同样的，我们选择其中的几个来进行简单分析：

70159007

这个专利族是TI在2019年10月布局的一个专利族。主要是以“多”为主题，多核，多处理器，多存储库，多端点，多级等。

数据来源：US2020117600A1的专利附图

其主要的结构列表如下：

数据来源：滴水研究

“多”之间的相互融合和异构，面对越来越复杂的应用场景和更高的性能要求，这种融合可能是一个趋势，随之而来的系统复杂性和相互协调中的问题，也是需要更具智慧的解决方法。

TIPF-159

这是和DC-DC相关的一个专利族群，主要是将反激式转换器用于执行DC-DC转换，以便通过隔离输入和输出的变压器来驱动输出负载。

输入整流器电路可用于AC-DC应用。初级侧开关打开以磁化变压器的初级绕组，并且当初级侧开关关闭时，功率将传输到次级电路。二极管可以与次级绕组连接，以允许电流流向负载。次级侧开关可用作同步整流器，以提供优于无源整流反激式转换器的效率优势。

数据来源：US10008947B2的专利附图

TIPF-103

这个专利族群主要是和自动驾驶相关，主题就是“使用预定的视点查找表的环绕视图的三维渲染”。

其方法主要是，从对应的多个相机接收特定时间的多个图像帧。可以选择与预定的第一虚拟视点相对应的视点变形图，视点变形图针对显示屏中的每个输出像素位置定义了多个图像帧中的源像素位置，形成视点弯曲图，并存储以供以后使用。通过根据视点弯曲图从多个图像帧中选择输出图像的每个像素的像素数据，来为显示屏合成输出图像。然后将合成图像显示在显示屏上。

数据来源：US10523865B2的专利附图

然后我们来看看有哪些之前的专利族（2016年以前就存在的）现在依然保持着活力的：

数据来源：滴水研究

啊，老而弥坚的TIPF-76又在C位，预计还将持续地扩大和巩固TI第一专利族群的地位。TIPF-1884主要是围绕着“低功耗的逻辑电路扫描测试”相关领域持续布局，IPC领域和TIPF-76非常重合，可能也可以算是TIPF-76的僚机和编队群中的一员。

TIPF-69则是和处理器相关，包括其制造方法，操作方法，以及相关的结构和通讯。其主要的结构列表如下：

数据来源：滴水研究

TIPF-260包括了59个simple family——可能是结构最松散的一个专利族群，包含内容很多，但主要都是和software debug相关（IPC为G06F11或G06F12），TI也一直在强化和积累其在软件调试上的方法库和技术优势。

TIPF-136主要是和锁相环，振荡器和数字调制器相关的专利族，这些也是TI在信号链方面的技术基础，不断地加强和布局也是可以预见的。

TIPF-2054就只包括了一个simple family，主要是围绕着“非易失性逻辑阵列”展开，和存储器相关。

从上面的分析来看，多核多结构融合，新型电源管理和自动驾驶是TI近年来在布局的领域，而在IC测试，处理器，软件调试，信号链等传统强势的地盘上，TI依然还是持续不断地加码和布局。

# 4、结语

从以上的分析中，一方面我们可以粗略地感受到TI对其核心领域的专利布局和脉络，最近在做的哪些事情，这些也和TI的产品矩阵和业务重心相呼应。同时也给予我们对于去理解一个IC公司的核心竞争力提供一些视角上的帮助——当然这个视角肯定是不完善的，但可以通过后续更加深度的分析，比如再增加对其他的IC巨头的解析，综合对比，来不断补充修缮。

从专利方面对TI的分析就进行到这里了。这个过程中我们也碰到了很多的问题，也在过程中不断地尝试和丰富自有的数据库和分析算法。虽然还是很粗糙，也需要朋友们更多的意见指导，但正如很多其他的事情一样，把步子迈起来，可能是最关键的。

在以后的文章里，我们再从其他的方面，来对TI进行解读。

*免责声明：本文由作者原创。文章内容系作者个人观点，半导体行业观察转载仅为了传达一种不同的观点，不代表半导体行业观察对该观点赞同或支持，如果有任何异议，欢迎联系半导体行业观察。

今天是《半导体行业观察》为您分享的第2447期内容，欢迎关注。

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