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不同类别的传感器集成形式分类

2020年08月06日 10:31 次阅读

多年来,世界移动通讯大会(Mobile World Congress,MWC)上的智能手机战争,都是关于应用处理器、基带芯片的性能,以及屏幕尺寸与摄像头像素等硬件条件,因为这些对消费者在手机上执行各种应用程序的流畅程度至关重要。

但在新一代的智能手机与可穿戴设备, 传感器与传感器中枢(sensor hub)扮演的角色重要性越来越显著,MEMS传感器的精确度决定了所收集信息的品质,而传感器中枢则是提取信息以开拓不同应用的关键。

在本周登场的2016年MWC期间,博世Bosch Sensortec)发表了第一代传感器中枢产品,号称提供最佳的生命体征传感功能。 此外意法半导体(STMicroelectronics,ST)则在稍早之前发表诉求“高度小型化”、超低功耗的新一代六轴MEMS惯性传感器模组。

市场研究机构Yole Developpement的MEMS和传感器技术/市场分析师Guillaume Girardin表示,上述这两家MEMS传感器厂商以及其他供应商,正面临不可避免的、从“传统传感器供应商”转型为“智能传感器”供应商的挑战;而MEMS供应商之间的竞争重点在于:“他们的传感器如何擅长提取信息,以及这些资料能为特定应用带来多少价值。”

Bosch Sensortec的新款传感器中枢设计目的是融合光体积描记(photoplethysmography,PPG)信号以及电路板上惯性传感器信号,以动作补偿心率量测。 该公司执行长Stefan Finkbeiner表示:“我们已经与生命体征分析软件业者Firstbeat合作,他们能取得我们预先计算的信息,添加分析以及为使用者提供智能执行方案。”

其新型传感器中枢BHV250与BHV160整合了3个六轴MEMS惯性传感器以及一个加速度计;BHV160还内含一个陀螺仪。那些传感器是围绕着Bosch Sensortec自家设计的DSP──Fuser Core所设计,执行Firstbeat的生命体征分析软件;该公司表示,新型传感器中枢将实现动作补偿生命体征监测、活动识别应用,还有以手势识别为基础的使用者界面。

不同类别的传感器集成形式分类

Bosch Sensortec的新一代传感器中枢平台

而ST新发表的六轴MEMS惯性传感器模组LSM6DSL与LSM6DSM,则号称提供创新的电源管理、改善的陀螺仪设计,以及具能源效益的信息批次处理,号称能比该公司目前元件节省五成功耗;新元件的超低功耗设计将加强智能手机“永不关机”的功能。

ST进一步解释,最新的传感器提升了陀螺仪的精度,能支持光学防抖、虚拟位置检测、手势识别等强化的使用者体验,并改善了以加速度计驱动的计步器功能。

传感器中枢领域的竞争格局

在被问到目前传感器中枢领域的竞争格局时,Bosch Sensortec的Finkbeiner表示,该市场现在分成三个阵营;在较高端方案的部分,例如ST正采用其微控制器提供更精密的解决方案,而在属于入门方案的部分,有Invensense在传感器中枢采用状态机(state machine)。 至于Bosch Sensortec则是将自己界定在上述两者之间。

Finkbeiner表示,微控制器供应商如ST、Atmel倾向于以自家的MCU来定义并建立传感器中枢,但:“我们的方法不一样。我们是找一家MCU供应商,告诉他们我们的传感器中枢需要的存储器以及功耗条件;”依据不同的使用案例:“我们为每个特定应用的传感器节点,调整其智慧功能、软件与MCU性能。”

不过Yole的Girardin看法有些不同:“老牌传感器供应商(如Bosch、ST)对自家的传感器有深厚的了解,能充分发挥元件的潜能;其困难度在于设计具效益的ASIC以及上面执行的软件,”而这种方案需要在软件与芯片设计方面的投资,才能实现具效益的解决方案。

传感器中枢的附加值正由硬件转向软件

“我们听说Bosch Sensortec大幅扩充了软件团队,聚焦传感器融合以及通过传感器提供的功能;”Yole的Girardin表示,在另一方面,包括Atmel、NXP(即Freescale)、Qualcomm与ARM等则更偏向以微控制器为导向,他们对芯片设计以及相关软件有深入的了解。

根据Girardin的观察,最近几个月惯性传感器的价值,已经大幅从单一元件转向组合元件,但三轴甚至六轴组合元件的价格正在狂跌,MEMS传感器厂商应该要视此情况为早期的警讯:“他们需要了解,产品的价值来自于提供某个功能的能力,包括拥有实现该功能的软件;”而不是只有传感器本身。

他警告MEMS厂商要搞清楚他们卖的是什么,是元件还是功能? 这一点非常重要,因为:“他们产生长期利润的能力正面临危险。”

发展瓶颈何在?

Bosch Sensortec与ST都强调他们的新产品是“高度微型化”以及低功耗设计;对此Yole的Girardin表示,如此发展只能说很自然,因为在可穿戴式/可携式应用领域,一个主要的限制就是空间有限。

不过当然,“较大的传感器意味着更高的敏感度,但也会消耗更多功率;”Girardin解释:“电池的限制推动产业朝更大程度最佳化发展,甚至在硬件方面,通过封装的创新或是诉求低功耗的新设计。”

传感器四大需求

这照例是折衷的问题;Girardin表示:“你想要最小、性能又更好的传感器,但这两个条件真的很难兼得。”既然完美的传感器是个“狂想”,他建议传感器供应商从另一个角度来看市场:“我们认为真正的瓶颈在于使用案例;”而这个答案的问题是:“你要用传感器来做什么?”

传感器中枢的转变

目前市面上有许多不同的传感器类别,包括惯性传感器、环境传感器与光学传感器;新出现的挑战是如何集成不同的传感器,而且将它们放进狭小的空间中。

不同类别的传感器集成形式

依据不同的终端产品,有一些组合传感器能被嵌入,有一些则不行;“举例来说,我们认为在大部分的智能手机中能嵌入各种形式的传感器中枢,但也会有一些专为可穿戴设备应用设计的特定传感器中枢,像是医疗保健/生命体征传感器中枢。”

此外Girardin也预测光学传感器/模组的崛起,指出目前智能手机每年升级的摄像头模组都只是拍照,但未来该类装置的功能将由影像获取转为传感:“我们认为该类传感器的成长速度将远高于预期。”
       责任编辑:pj

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