整个时频行业相对较小，产业链环节也相对较少。上游电子元器件行业竞争充分，下游应用领域较广。中游时频部分可具体拆分成：频率类产品，主要包括原子钟、晶振（偏上游），时间同步类产品（偏下游），卫星接收模块。

结合整个产业现状，卫星接收模块主要下游还是各种各样的导航场景，晶振下游更是广泛的各类消费电子、汽车等，时间同步领域只是其细分应用领域之一，做卫星接收模块、晶振的厂商也不独为了时间同步，从时间同步这个领域研究晶振、卫星接收模块意义不大。这里针对时间领域，主要研究原子钟、时间同步产品这两个子领域。

一、频率类产品——时间的硬件载体

频率产品主要分为三类：原子钟、晶振、频率组件设备。原子钟、晶振是最原始的能够产生稳定频率信号的装置或者产品，而频率组件设备则是依托于前者，在兼顾成本及性能的条件下，通过一些分频、混频等算法及电路的实现，得到符合具体应用场景的稳定的频率信号。

1

原子钟

（1）简介

原子钟，是一种利用原子、分子能级差为基准信号来校准晶体振荡器或激光器频率，以使其输出标准频率信号的一种装置。它的工作原理是：利用原子吸收或释放能量时发出的电磁波来计时的。由于这种电磁波非常 稳定，再加上利用一系列精密的仪器进行控制，原子钟的计时就可以非常准确了，可以达到千万年仅差一秒或者更好的水平。目前常用的原子钟可分为铷原子钟、铯原子钟、氢原子钟、CPT原子钟这四类。

根据原子钟里的元素主要分为氢原子钟、铷原子钟、铯原子钟。铷钟精度可以达到1e-10，目前是工程化应用最广泛的原子钟；铯钟可以达到1e-12量级，而氢原子钟精度误差可达到每天变化只有十亿分之一秒，一般主要是在实验室及卫星上用得比较多。根据原子钟装置技术，一般常用的原子钟包括：冷原子喷泉钟、原子光 钟、CPT原子钟（相干布居囚禁原子钟）等。其中CPT原子钟符合小型化趋势，是未来最具产业前景的原子钟。美国NIST研制的CPT原子钟物理部分甚至比一粒米还要小，CPT原子钟被认为可以集成到一个芯片上，也叫芯片级原子钟（CSCA，chipscaleatomicclock），一般可以达到1e-10量级以上的精度，具有很好的稳定性。

（2）原子钟技术门槛高，集中度也高。

原子钟技术门槛高，集中度也高。目前原子钟主流的生产厂家，国际上主要是：Symmetricom，SpectraTime，OscilloquartzSA，国内则主要是天奥电子，此外航天203 所、航天501所国内原子钟研发方面走在前列。整体来看，由于原子钟技术门槛较高，因此集中度也高，全球能做的企业不多。

原子钟中，氢原子钟可实现国产化，但铷钟、铯钟目前还是依赖于国外，最具产业化前景的CPT原子钟，目前也只有国外一家厂商能够实现批量生产，国内天奥电子正在突破；铯钟、CPT原子钟国内都已研发出样机，批量化生产在即。

（3）原子钟领域，技术持续突破，加速国产化替代。

目前国内在原子钟方面做得比较好的主要是天奥电子、航天203所、兰州501所。1）天奥电子，铷钟已实现国产化，铯原子钟、CPT原子钟也已突破在即。2018年9 月，中国工博会，天奥电子展示“激光小型铯原子钟TA1000”，是我国第一台铯原子钟产品，也是国际上第一台激光小型铯原子钟产品。CPT原子钟也实现小批量生产。这两个项目，预计明年都能实现批量化生产。2）航天203所，持续提供北斗系统中的铷原子钟，截止2018年1月，累计为客户提供40余台星载原子钟。2018年 3月，航天203所研制出小型便携式CPT原子钟，体积约半个烟盒大小，功耗约1瓦，守时精度可达每天1微秒，目前该产品正在进行小批量生产。3）2018年9月，兰州空间技术物理研究所(即510所)成功研制出优质型铯原子钟，经中国计量科学研究院检定测试,天稳定度相当于50万年时间误差不超过1秒，是目前中国最高指标的磁选态铯原子钟，达到国际先进水平。

2

晶振/晶体器件

（1）简介

晶振，是晶体振荡器简称，是一种能把电能和机械能相互转化的晶体在共振的状态下工作，可以提供稳定、精确的单频振荡。1）从结构上，通常是从一块石英晶体上按一定方位角切下薄片（简称为晶片），石英晶体谐振器，简称为石英晶体或晶体；而在封装内部添加IC组成振荡电路的晶体元件称为晶体振荡器。其产品一般用金属外壳封装，也有用玻璃壳、陶瓷或塑料封装的。2）晶振一般广泛应用于彩电、计算机、遥控器等各类振荡 电路中，以及通信系统中用于频率发生器、为数据处理设备产生时钟信号和为特定系统提供基准信。

（2）中高端晶体器件对国外产品依赖较大。

高稳晶振国外依赖性强，2016年全球晶振市场，国内企业占比只有6%左右。中高端晶体器件对国外产品依赖较大。目前全球主要的石英晶体元器件厂家主要集中在日本、美国、台湾及中国大陆地区。根据日本水晶工业协会数据，2016年全球市占率最大的是日本企业，市场份额约在50%，其次是台湾地区企业，市场份额在23.4%，美国企业占比9.0%，产量较小，但研究水平高，以军工为主。大陆地区占比8%。晶体器件广泛应用于电子产品中，从市场需求来看，以手机为例，中国市场约占全球的三分之一，因此估算晶体器件市场需求占比全球的三分之一，对比企业占比来看，国内市场还是大量依赖进口，尤其是中高端产品。

2016年石英晶体全球元器件市场份额

（3）晶体器件距离国外差距较大，持续追赶国产化。

晶体器件距离国外差距较大，持续追赶国产化。由于我国政府对国防科技领域的国产化推进工作的大力支持，天奥电子、航天203所、晨晶电子、海创电子等国内制造商的产品在军品市场已逐渐实现国产化替代；民品市场竞争激烈充分，国内部分行业领先企业，主要包括泰晶科技、惠伦科技、东晶电子、紫光国芯，凭借多年的研究开发和生产实践积累的技术实力和工艺改进，外加生产成本优势，国内企业市场份额占比逐步提升。2016年国内厂商占全球市场份额为7.9%。

晶体器件全球市场份额占比

晶体器件全球主要厂商营收（百万美元）

3

频率组件及设备

频率组件及设备：一般指通过频率信号的合成、变换、滤波及放大，实现电子系统所需的各类频率信号。频率系列产品的精度、频段范围从低到高，覆盖面广，应用于通信、导航、雷达、侦察、测控等军民用电子设 备和系统。如锁相环、倍频器、混频器等都属于这类产品。

二、授时类产品——时间同步的核心应用

时间同步，就是以外部稳定信号为标准，经过某些操作，达到为分布式系统提供一个统一时间标度的过程。其工作原理，可以简单理解为：以稳定频率的信号为基准，如原子钟或高稳晶振，然后对统一系统内的其他时间进行定期的校准，保证统一系统内各地的时间保持在较小的误差。

为什么需要时间同步？在分布式系统中，由于物理上的分散性，系统无法为彼此间相互独立的模块提供一个统一的全局时钟，而由各个进程或模块各自维护它们的本地时钟。由于这些本地时钟的计时速率、运行环境存在不一致性，因此即使所有本地时钟在某一时刻都被校准，一段时间后，这些本地时钟也会出现不一致。为了这些本地时钟再次达到相同的时间值，必须进行时间同步操作。

从产品形态上，目前主要分为两种：时间同步板卡及模块、时间同步设备。1）时间同步板卡及模块，一般以标准时间频率信号为参考，产生、保持、分发系统或设备所需要的各种时间和频率信号，通常主要在通信基站、军用领域比较多；2）时间同步设备，就是通常所说的时间服务器，一般通过接收北斗/GPS/标准时间信息，产生、保持时间频率信号，并通过有线或无线方式进行接收或传递，为系统提供多种形式的时间和频率信号。产品主要应用于通信、电力、交通、国防等军民用。

1

时间同步板卡

在时间同步板卡中，通常有几部分组成：卫星接收模块负责接受卫星授时、FPGA模块主要负责一些计算的功能、MCU具备控制功能、存储模块、以及时间同步模块。其中时间同步模块中主要都是一些芯片包括：频率合成类器件、抖动过滤芯片、驱动芯片等。这些核心的同步模块中的芯片，基本上主要TI、ADI、Microsemi、IDT、ON、SLAB等国外厂商，对国外厂商依赖性极强。

2

时间同步设备（时间服务器）

时间同步设备门槛低，发展同质化。

时间同步设备，本质上就是做系统集成，通常是将原子钟、或高稳晶振、或者卫星导航模块，以及MCU、FPGA、以及时间同步芯片集成到一起。技术门槛相对较低、发展同质化比较严重。除了传统原子钟厂商如也Symmetricom、SpectraTime、OSA、天奥电子覆盖此项业务外，就国内而言，能够做时钟同步设备的，大约有几十家企业，大多数收入在1000-5000万之间。通信领域的厂商主要包括华为、赛思电子、大唐移动。

时间服务器已不输于国外产品，完全可实现国产化替代。

时间服务器已不输于国外产品，完全可实现国产化替代。通信、电力、轨交、金融等领域，早期时钟服务器都是以GPS为主，也都是以海外厂商产品为主，如国内通信系统早期时间服务器，90%来自于海外巨头 Symmetricom。后来，一方面，国外企业高价格和轻市场服务，另一方面国内推进自主可控，越来越多行业开始降低对国外品牌的依赖，尝试GPS转北斗，国内国产化率在逐步提升。当前阶段，国内存量的时钟服务器还是以海外厂商GPS授时为主，但新增的服务器已大部分替代为国内厂商的GPS/北斗双模授时产品，同时存量产品的更新换代也将逐步替换成国内产品。

三、时频为国家安全/经济命脉——战略位置核心

时间频率产品应用场景及其广泛，据应用领域不同，授时服务可分为军用和民用用户两种。1）军用授时主要用于信息化作战装备、主站武器平台、大型信息系统等方面，对时间精度的需求范围从从秒量级到纳秒量级。2）民用授时主要包括了通信（移动通信基站、承载网设备、个人用户位置服务）、电力系统（运行调度、故障定位、电力通信网络）、公路交通（道路导航、救援、车辆管理）、航海（航海导航、港口疏浚、航道搜救、航道测量）、测绘、防震救灾（地震观测、地震调查、地震救助、勘测、应急指挥）、公安（户籍管理、交通管理、警卫目标保障、缉毒禁毒、反恐维稳、巡逻布控、安全警卫、指挥调度）、林业（森林防火、森林调查）、广播电视、气象、信息业、激光测距、科研等，这些应用对时间精度的需求范围从秒量级、到纳秒量级，甚至到皮秒量级。

四、通信5G建设，拉动时间同步产品需求

一方面，从通信原理上看，在无线信号传播过程中，载波频率的稳定、上下行时隙的对准、高质量的可靠传送、基站之间的切换、漫游等都需要精确的同步控制，若没有精准的时间同步，可能会出现误码，严重的会导致通话中断。如2010年1月，我国采用GPS授时的通信基站，由于GPS升级，其授时功能受到影响，导致我国沿海多个省份的CDMA网络出现大量告警。另一方面，从商业上来看，只有让通讯系统内的交换设备，接入设备，终端，计费系统，BOSS系统等通信设备工作在同一个时间基准上，所有的通话时间、收费信息等才能够被系统准确的记录下来，保证衍生出的相关服务不会出错。此外，对于5G而言，由于低时延高可靠的特性，对时间同步精度也提出更高要求。4G时代，端到端时间同步误差在1500ns以内，而在5G，这个标准提高到了130ns。

从5G建设来看，基站数量大量增长，5G基站数量预计数百万，小基站数量预计上千万。而这些基站彼此之间，及基站与整个有线网络必须做好时间同步。这将直接拉动时钟服务器需求。

在4G时代一台时钟服务器可服务于100-200个基站，而到了5G时代，随着时间延迟大幅缩减（4G要求 是1500ns，5G要求130ns），有线网络将更扁平化，预计一台时钟服务器将服务于50-100个基站，基站授时板卡数量的需求明显增加。正常一个宏基站中需要2张板卡，而小基站需要一张板卡。基站数量也直接拉动相应时间同步模块的增长。而从这里，更可以直接感受到时间同步和通信数量的线性相关性，只要有通信，就必然 需要时间同步。我们预计，通信领域，存量市场大约有22.5亿元，更新换代周期5年，有个国产化替代的国产；5G拉动增量市场预计有175亿元，其中75亿元为时钟服务器，100亿元为时间同步板卡。

中高端产品，我们通常指高精准的时间频率产品。一般而言，时间精度达到10e-10以上，我们认为是中高端产品。而从时间频率产品体系来看，上文讲到时间频率产品可分为：原子钟、晶振、频率组件及设备、时间 同步产品。而真正决定其产品中高端的部分主要是：原子钟、高稳晶振、时间同步板卡中的时钟芯片。这几部分，代表整个时间频率产品中最高精尖的部分，恰恰也是目前国内对国外依赖性较强的部分。

来源：ittbank