力拓IoT市场版图 传感器制造商加速新品布局

2015-11-16 09:01:52来源: 新电子
     因应物联网设计需求,感测器制造商无不致力精进既有产品规格与效能,朝更高功能整合度和精准度,以及更小元件尺寸与耗电量发展;同时也积极扩增新产品线,如气体感测器、紫外线感测器等,皆是布局的焦点。

物联网(IoT)的三大关键架构,包括感知层、网路层及应用层。感测器(Sensor)在物联网中扮演重要角色,物联网应用层面广阔,进而引发各式感测器的需求不断增加,无论是智慧行动装置、建筑、汽车中,都可以看见其踪迹。
动作感测发展成熟 ST/Bosch看好环境感知

事实上,感测器发展最早是由汽车产业带动,而后任天堂(Nintendo)的Wii及苹果(Apple)iPhone的成功,则开启微机电系统(MEMS)感测器在消费性电子应用商机,而今物联网应用兴起,预料将驱动MEMS感测器的第三波成长。

Bosch Sensortec亚太区总裁百里博(Leopold Beer)表示,历经汽车与消费性电子的洗礼后,MEMS感测器的技术与产品已更臻成熟,包括加速度计、陀螺仪、磁力计、压力计、麦克风,以及多轴、多功能整合的Combo感测器,皆已触手可得。

下一阶段,物联网将成为驱动MEMS感测器成长的主要动力,并带动各种智慧感测器、致动器(Actuator)、特定应用感测节点(Application Specific Sensor Node, ASSN),以及客制化解决方案和多样演算法的需求。

百里博进一步指出,过去智慧型手机是引领MEMS感测器发展的要角,并衍生出加速度计、陀螺仪、磁力计、惯性量测单元(IMU)等动作感测器需求,因而能实现更直觉的人机介面、扩增实境(Augmented Reality)、摄影防手震、活动监测,以及室内导航的多样应用。未来,MEMS的创新应用则将由物联网来主导,并朝向环境感知方向发展,包括高度计、湿度计(Humidity)、温度计、气体感测器、环境光感测器等,都将愈来愈显重要。

意法半导体技术行销经理苏振隆则分析,MEMS感测器在智慧型手机、平板等行动装置领域的应用已愈来愈成熟,因此未来MEMS感测器的发展将有两个重要变化,一是由行动市场扩张至其他应用领域,包括智慧家电、汽车、工业及医疗等,另一则是由动作感知迈向环境感知,以实现更多样的感测功能。

也因此,意法半导体近期也推出一款紫外线(UV)感测器,经过阳光照射后可以直接呈现紫外线强度;且不若其他竞争对手推出的同类产品,只能单纯地显现UVA及UVB波长的讯息,该公司的感测器产品可直接呈现紫外线指数。


图1 ST紫外线感测器可直接输出紫外线指数资讯,大幅提升开发效率。
苏振隆进一步解释,至今全球仅意法半导体的紫外线感测器能直接呈现紫外线指数,其他竞争方案多半仍须利用额外的MCU来计算感测器所撷取的UVA/UVB波长指数,才能再转换成紫外线指数,因此耗电量相对也会增加。

除此之外,意法半导体的紫外线感测器尺寸只有2.5毫米(mm)×2.5mm×1mm,且产品已有与专业的紫外线检测仪器做过验证,所以毋须担心感测出的结果不够精确。

Bosch Sensortec也看好未来环境感测器市场,并瞄准行动装置、穿戴式装置,以及智慧家庭市场积极抢攻。以该公司近日推出的MEMS Combo环境感测器--BME680为例,已整合了大气压力、温度、湿度与气体(Gas)四种环境感测功能,且封装尺寸仅3mm×3mm×0.93mm,为一款高整合环境感测器解决方案。

另一方面,Bosch Sensortec近日也与戴乐格(Dialog)共同推出低功耗智慧型感测器平台。此平台可支援穿戴式运算装置、沉浸式游戏(包括扩增实境)、3D室内定位,以及导航服务的手势辨识。

据了解,此平台结合了戴乐格的DA14580系统单晶片(SoC)与Bosch Sensortec的三种低功耗感测器,包括BMM150三轴磁力计、BME280环境感测器,以及一款结合了三轴加速度计和三轴陀螺仪的BMI160;值得注意的是,该感测器平台功率消耗低于500μA。

该公司的BMI160六轴惯性量测单元将一个16位元三轴Low-g加速度计和一个低功耗三轴陀螺仪整合在一颗晶片内。当加速度计与陀螺仪处于完整工作模式时,典型的电流消耗为950μA,仅为竞争对手推出解决方案的一半。

ams力推高精准/高整合穿戴感测元件

以往晶片商通常只出售晶片,而手机与穿戴式装置制造商必须自己思考元件如何搭配使用;奥地利微电子(ams)台湾区总经理李定翰认为,现在的客户需要的不是只有晶片,而是更高精准度、高整合度,以及高相容性的完整解决方案。

以奥地利微电子推出的心跳监测解决方案为例,其是一种用于腕带型装置后面的感测器,搭配不同发光二极体(LED)和演算法,便可测得心率、血氧饱和度及血压等生命体征。

除了元件高相容性之外,李定翰认为,“精准度”也是感测器元件的一大重点。该公司与其竞争对手的产品相较下,精准度可达二至三倍以上,甚至有些可以高达十倍。

据了解,若是感测器精准度偏低,其搜集而来的数据送至后台运算后可信度极低;所以装置测得的不单单只是心跳、血氧及血压等数据,而是其后面更广大的个人健康规画市场。

李定翰补充,现在医学进步,人类的生命周期延长,此装置可以延伸为使用者个人的健康管理设备,若是数据不够准确,该装置只能视为玩具而非设备,所以感测器的精准度十分重要。


图2 亚德诺半导体亚太区MEMS市场经理赵延辉表示,“低功耗”是所有感测器业者关注的技术重点,该公司推出的产品皆以低功耗为主要诉求。

ADI/QuickLogic开发低功耗/小体积元件
无论是何种感测器,皆会走向小尺寸、低功耗以及高整合的设计方式。亚德诺(ADI)半导体认为,穿戴式装置崛起将对于感测元件的功耗与体积有更进一步的要求。

亚德诺半导体亚太区MEMS市场经理赵延辉(图2)表示,“低功耗”一直是所有感测器业者关注的重点,该公司推出的产品皆以低功耗为主要导向。举例来说,中国小米手环中所使用的ADI感测器元件ADXL362(图3),便是以低功耗着称。

该感测器元件是一款超低功耗、三轴MEMS加速度计,输出资料速率为100Hz时功耗低于2μA,在运动触发唤醒模式下功耗为270nA。与使用功率工作周期来实现低功耗的加速度计不同。


图3 ADI感测器元件ADXL362
另一方面,QuickLogic也认为节能低功耗的产品是感测器的一大重点。该公司推出灵敏且低功耗的感测器平台,此平台能以少量功耗提供比传统基于ARM Cortex-M4F微控制器(MCU)的感测器集线器(Sensor Hub)方案高出80%的运算效能。

QuickLogic产品管理资深总监Frank A. Shemansky, Jr.(图4)表示,该平台为一多核心的系统单晶片(SoC),内含三个专属处理引擎,包括该公司的μDSP-like FFE、ARM Cortex-M4F MCU,以及一组前端感测器管理器。FFE和感测器管理器可进行大量演算处理,可将浮点MCU的工作周期降至最低。


图4 QuickLogic感测器集线器平台架构
QuickLogic设计的这一款灵敏且高效能的平台,能在运行常时开启(Always On)语音触发和识别,同时其耗能低于350微安培,比以往基于MCU的解决方案为佳。

消费者胃口加大 东芝提升CMOS感测画素

如同MEMS感测器朝向小尺寸、低功耗与高功能整合发展,CMOS影像感测器的规格演进路线也大致相同。以东芝(Toshiba)为例,即不断致力朝这些方向努力。


图5 台湾东芝电子股份有限公司半导体行销部经理周彦勋表示,CMOS影像感测器规格将随着消费市场需求的变化,持续演进。


台湾东芝电子半导体行销部经理周彦勋(图5)表示,未来拥有自动对焦、高画素及高解析的手机相机,方能符合消费者要求。目前市面上多款智慧型手机相机中的CMOS影像感测器,皆已内建相位检测对焦(Phase Detection Auto Focus, PDAF)功能。东芝看好此一发展前景,不仅提升该公司CMOS感测器画素(Pixel),也于其中内建PDAF快速对焦功能。

周彦勋强调,使用者对于手机相机画素要求越来越高,且照相功能也一直受到消费者关注,在此情况下,东芝的CMOS影像感测器,为因应市场上智慧型手机相机的需求,已推出800、1,300、1,600及2,000画素的解决方案,并于其中内建PDAF,实现快速对焦功能。

周彦勋补充,为了因应市场上的需求,东芝未来将开发Super Pixel,加强解析度与连拍,在高速连拍多张照片后,可合成一张超高解析度的影像;而目前该公司感测器的画素尺寸以1.12μm为主,未来会朝更微小化迈进。

显而易见,物联网的发展风潮顺势带起了感测器的强大需求,相关厂商无不加速投入市场布局,但不论是何种感测器,低功耗、小尺寸、高精准、高整合是目前感测器厂商在开发、设计产品时的重要考量。随着制造商争相推出消费者期待的解决方案,未来物联网中各式感测器产品将会更加完备,表现能力也将更上一层楼。

关键字:IoT  传感器  新品

编辑:北极风 引用地址:http://www.eeworld.com.cn/xfdz/2015/1116/article_45635.html
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