消費類(lèi)電子產(chǎn)品總是層出不窮，一旦出現爆款更是受到眾人熱捧，之所以能成為爆款，必定有其過(guò)人之處。市場(chǎng)營(yíng)銷(xiāo)是一方面，技術(shù)也支撐了賣(mài)點(diǎn)，通過(guò)對這些爆款產(chǎn)品的了解，或許能追尋下一代爆款產(chǎn)品的方向。
小米手環(huán)破千萬(wàn)銷(xiāo)量的背后 科學(xué)實(shí)驗模塊
2015年小米手環(huán)銷(xiāo)售量已經(jīng)超過(guò)1200萬(wàn)只，而華米科技目前已經(jīng)成為全球第二大可穿戴設備公司,分析認為，小米手環(huán)能夠取得這樣的成績(jì)，主要是依靠較強的性?xún)r(jià)比吸引消費者眼球。
的確，小米手環(huán)是一款定位為功能簡(jiǎn)單，價(jià)格低廉的產(chǎn)品，但絲毫不影響其對性能的追求，具體而言就是功耗和精度。這直接決定著(zhù)用戶(hù)的使用體驗。
試想，如果計步不精準，例如你明明在坐飛機，手環(huán)將路途的顛簸記錄成你行走的步數，是不是令人哭笑不得。
正如小米在發(fā)布會(huì )上宣傳的那樣，小米手環(huán)采用ADI傳感器。在近日由易維訊舉辦的2016半導體產(chǎn)業(yè)和技術(shù)展望論壇上， ADI亞太區微機電產(chǎn)品市場(chǎng)和應用經(jīng)理趙延輝也講述了傳感器如何提升精度，以及今年傳感器市場(chǎng)的趨勢等話(huà)題。
為什么傳感器記錄了那些并不準確的運動(dòng)，趙延輝解釋說(shuō)，因為MEMS傳感器往往為了實(shí)現低功耗，采用了一種周期采樣的技術(shù)。比如ADC和模擬前端的帶寬是固定的800赫茲，做2倍的采樣率，信號不混疊，然后信號進(jìn)一步做濾波。整個(gè)ADC和模擬前端只是10秒鐘采集一次，剩下的時(shí)間把系統關(guān)掉。
那么進(jìn)來(lái)的信號可能超過(guò)100赫茲，超過(guò)100赫茲的信號進(jìn)來(lái)后，由于采樣率比較低，即采樣成低頻。這時(shí)算法會(huì )認為這是一個(gè)規律的低頻運動(dòng)，因此，就出現諸如坐在飛機上計步的情況，而實(shí)際上只是飛機高頻的振蕩。
如果傳感器對高頻濾波不能很好的處理，不能濾除高頻信號的干擾，必然影響傳感器的精度。ADI在推出的ADIS16362及以后的傳感器上已經(jīng)解決了這個(gè)問(wèn)題，大幅提升了精度。
為什么小米手環(huán)選擇ADI的傳感器，而不選擇價(jià)格是ADI三分之一或者五分之一的傳感器？低功耗也是一個(gè)非常關(guān)鍵的因素。功耗是目前可穿戴產(chǎn)品的一大痛點(diǎn)，據小米的官網(wǎng)宣傳，小米手環(huán)的賣(mài)點(diǎn)之一即是可以保證產(chǎn)品一個(gè)月不用充電。
在小米定義手環(huán)產(chǎn)品之初就希望解決這個(gè)痛點(diǎn)。趙延輝說(shuō)，產(chǎn)品在測試的時(shí)候，如果不考慮振子頻繁振動(dòng)的情況下，持續使用時(shí)間可以達到三個(gè)月。小米說(shuō)的一個(gè)月不充電略微保守。低功耗的MEMS有助可穿戴產(chǎn)品維持更長(cháng)的使用時(shí)間。
目前，ADI的ADXL362是業(yè)界功耗最低的產(chǎn)品。比如人體監測時(shí)功耗只有1.8μA，這個(gè)功耗是市場(chǎng)上最好的。趙延輝說(shuō)道，我們知道如果一秒鐘采樣一個(gè)點(diǎn)，無(wú)法對人體的復雜運動(dòng)做分析。一定要高頻的采集率，這時(shí)候我們功耗是最低的。另外，產(chǎn)品待機功耗也很低。比如美國大兵頭盔用的ADI傳感器待機功耗只有270 nA，傳感器還會(huì )監測頭盔有無(wú)使用，無(wú)使用時(shí)自動(dòng)切斷電源。傳感器可以做為一個(gè)電源開(kāi)關(guān)，通過(guò)運動(dòng)還是靜止實(shí)現開(kāi)關(guān)。這樣一來(lái)，電池可以支持器件工作93年。
此外，ADI傳感器也會(huì )兼顧系統的功耗，一般的功耗主要消耗于MCU、藍牙、處理器。ADI的做法是內置一些濾波器，對于敲擊桌面或者不讓器件在規律的運動(dòng)之前對MCU進(jìn)行觸發(fā)喚醒，這樣可以幫助客戶(hù)實(shí)現系統的低功耗。
可穿戴設備的外觀(guān)也決定了傳感器尺寸的小型化。小型化薄型化的MEMS傳感器可用于珠寶、防爆產(chǎn)品，甚至信用卡。
快速充電成手機一大賣(mài)點(diǎn)，快充離你有多遠
許多手機廠(chǎng)商將快速充電作為手機的一大賣(mài)點(diǎn)，例如OPPO R7系列。在一份調查中有32%的用戶(hù)選擇OPPO R7手機是看重快速充電這項功能。
目前實(shí)現快速充電有兩種方式，增加電流，或者加大電壓。OPPO采用前者，從電池到電源線(xiàn)再到接口均采取定制化。而半導體廠(chǎng)商更傾向于高壓快充的方案。例如MTK，高通等都有自己的快充協(xié)議。
Power Integration高級應用工程師、實(shí)驗室經(jīng)理閻金光表示，實(shí)現快充在充電器端和手機之間涉及通訊協(xié)議的問(wèn)題。指令通過(guò)USB數據線(xiàn)傳輸，這根數據線(xiàn)有一個(gè)通訊協(xié)議，通過(guò)D+、D-的方式傳送信號，例如QC2.0。
現在最新推出的高通協(xié)議QC3.0。相比QC2.0的充電方式只有三檔電壓可以跳躍。QC3.0并不是一個(gè)5、9、12三個(gè)臺階的電壓，它是可以連續變化的電壓，從6V-12V是連續變化的電壓。閻金光解析，QC2.0的方案，手機充電真正變化并不是利用充電器的恒流進(jìn)行控制，手機內部有DC電源，把你輸入的電壓變成可充電電壓，隨著(zhù)電池慢慢充飽，數字電壓慢慢升高，最后達到充滿(mǎn)狀態(tài)。我們內部的DC/DC效率跟手機發(fā)熱是相關(guān)的，如果效率不高，充電的時(shí)候手機溫度比較高。
采用QC3.0的方案，隨著(zhù)能量慢慢充飽，電壓慢慢往上走，DC/DC維持比較小的壓差，這對降低手機發(fā)熱有很大的幫助。在無(wú)線(xiàn)充電方案當中，如果DC/DC用QC3.0方案來(lái)做可在手機充電時(shí)降低發(fā)熱。從6V以?xún)蓚€(gè)檔位逐檔跳到12V，PI InnoSwitch可以滿(mǎn)足這樣的特性要求。
功率方面，如果是QC2.0，輸出充電時(shí)12V功率比較大，12V1.5A可以充到18瓦，隨著(zhù)電壓慢慢走，功率不到18瓦。QC3.0是連續變化的，電壓下降的同時(shí)電流在增大，始終保證輸出電流18瓦。QC3.0可以輸出更大的功率。所以從快充效果來(lái)看，用3.0比2.0充的速度更快。
InnoSwitch-CP可以為QC3.0甚至USB-PD提供最佳性能。閻金光說(shuō)，“我們知道CP是指12V-6V區間，始終是18W的線(xiàn)。為了精確的次級輸出，我們在任何情況做到正負3%的穩壓精度。一般做到5%，初級的做到3%的精度非常難。在整個(gè)負載方面可以實(shí)現高于90%的效率。我們也知道功率要做高，電源做到現有外殼當中把功率做大，這個(gè)散熱需要解決。我們的空載功耗可以做到小于10毫瓦，低于國際標準的小于0.1瓦，充電器插在墻上不會(huì )有任何電的消耗。全面保護功能方面，包括輸出過(guò)壓保護、輸入過(guò)壓保護、過(guò)熱保護等。”
目前各廠(chǎng)商都在做自己的通訊協(xié)議，未實(shí)現統一，閻金光認為不排除一些廠(chǎng)家為了保護自己的知識產(chǎn)權用自己的通訊協(xié)議。但隨著(zhù)USB PD協(xié)議的引入，這個(gè)相對更完善的協(xié)議，以及Type C將是未來(lái)的發(fā)展方向。
全新MacBook僅一個(gè)接口，USB Type-C億級市場(chǎng)來(lái)襲
蘋(píng)果全新一代MacBook筆記本電腦僅僅只有一個(gè)接口，它正是USB Type-C，可以作為電源、數據傳輸以及視頻輸出。還有微軟最新的Lumia950、Lumia 950XL手機憑借win10系統、軟件將手機變成PC。實(shí)際上，它在手機里用了一顆Analogix的視頻輸出芯片，手機通過(guò)數據線(xiàn)連接到顯示器，可處理Excel、PPT等應用，這是區別于安卓系統的差異化應用。今年微軟還將通過(guò)win10帶動(dòng)平板的設計，也包括Analogix和微軟合作的新產(chǎn)品。Analogix 硅谷數模半導體(北京)有限公司市場(chǎng)總監梁倩表示，Analogix在內外部連接、配件等方面的連接芯片產(chǎn)品上展開(kāi)了廣泛合作。
Type-C的四大功能：
1．支持正反插，UBS Type-C接口上下一致，不分正反。
2．支持Data，最高支持10Gbps。目前最新旗艦型的筆記本電腦用Type-c，最高可以支持10Gbps的速率。
3．Type-C PD支持充電從15W到100W， USB線(xiàn)可作為一根電源線(xiàn)使用。
4．UBS Type-C標準規定傳輸視頻或音頻默認用DisplayPort。
目前，三大系統操作廠(chǎng)商都已經(jīng)發(fā)布了Type-C的產(chǎn)品，并在軟件層面與Type-C硬件配合。
從Type-C的整個(gè)市場(chǎng)來(lái)看，2015年Type-C的智能手機開(kāi)始啟動(dòng)，2016年主要增長(cháng)來(lái)自于智能手機，平板和筆記本，顯示器、硬盤(pán)，相機的量比較小，電視盒、游戲機、投影等也將逐漸滲透，成本是普及的關(guān)鍵，后續增長(cháng)會(huì )非?？?。
據預測，相較于2015年只有400萬(wàn)臺智能手機支持Type-C，到2016年將達到一億臺。但梁倩認為，從目前廠(chǎng)商設計的進(jìn)度來(lái)看，國內海外手機廠(chǎng)商都跟進(jìn)了Type-C產(chǎn)品，1億臺略顯保守。
目前市面上的USB Type-C方案分為幾類(lèi)：
1．USB2.0，480兆帶寬支持Type-C的Data功能，實(shí)現正反插，這是入門(mén)級的Type-C方案。增加成本在2毛錢(qián)以下,很多手機廠(chǎng)商可以接受。
2．USB2.0+PD實(shí)現TYPE-C充電功能，主要為1500-2000元手機采用。
3．USB3.0+PD，又分為5G和10G的速率，10G用于筆記本，5G用于手機，例如聯(lián)想yoga采用USB3.1加充電的方案。2000多元手機采用。
4．Full Feature USB Type-C：包括全部正反插，USB3.1，視頻輸出，DP。3000元以上手機采用。
梁倩表示，從中低端到全功能的產(chǎn)品鏈上，Analogix都有不同的芯片方案支持廠(chǎng)家做設計。例如ANX7428，ANX7688，ANX7442支持Type-C全功能。除了芯片方案，硅谷數模也會(huì )提供IP，比如加密IP、壓縮IP、USB-PD充電IP，方便廠(chǎng)商能夠快速推出他們的產(chǎn)品。
此外，考慮到Type-C配件的兼容性，Analogix推出了SAP項目，在北京研發(fā)中心的測試實(shí)驗室里可對配件產(chǎn)品進(jìn)行兼容性測試。這個(gè)測試根據USBC type-C標準,包括了45項非常完善的測試流程。后期還會(huì )把這些結果放在A(yíng)nalogix官方網(wǎng)站甚至一些媒體公開(kāi)發(fā)布，從而引導客戶(hù)做標準化的設計。
目前全球已有20多家廠(chǎng)商涉足Type-C，手機、平板和PC領(lǐng)域都在積極推進(jìn)應用，預計USB+PD的成本也將有所下降，2016年億級的市場(chǎng)正在發(fā)酵，正如業(yè)界所言TYPE-C正走在大一統的路上。
Nest智能家居單品爆款 無(wú)線(xiàn)傳感器青睞能量采集
知名智能家居單品Nest恒溫器通過(guò)搭配各種各樣的傳感器，包括溫度、濕度、判斷動(dòng)作的傳感器,可監測室內環(huán)境，控制空調及通風(fēng)系統。Google收購Nest之后，通過(guò)商業(yè)運作獲利豐厚。Google與奧斯汀的一家電力公司合作，為其免費提供恒溫器，并從節省的電費中得到5%。僅一個(gè)月內，這款恒溫器送出了10萬(wàn)個(gè)，而整個(gè)奧斯汀省了110億美金的電。根據其他廠(chǎng)家和恒溫機構的評估，這款恒溫器能夠幫助家庭節省12%-15%的取暖電費。能源部門(mén)評估這個(gè)恒溫器可以節省20%的暖氣和制冷的能源費用。而Nest煙感器則采取與保險公司合作的方式，頗受青睞。
此外還有Google眼鏡，采用能量采集技術(shù)驅動(dòng)無(wú)線(xiàn)傳感器監測眼睛的血糖成分。施華洛士奇發(fā)布的紫羅蘭款智能手表，表盤(pán)采用太陽(yáng)能面板，無(wú)需電池，一直工作。
2020年全球有500億的器件連接到網(wǎng)絡(luò )，其中將有50億的器件是無(wú)線(xiàn)連接的。這也意味著(zhù)每年需要更換大量的電池，涉及到電池對環(huán)境的污染，以及人工換電池的維護費用。在一些物聯(lián)網(wǎng)的應用場(chǎng)景下，比如交通、橋梁監測、湖海河流監測、智能樓宇、煙囪等，通過(guò)能量采集技術(shù)例如光能、動(dòng)能、熱能等能量被采集，可以減少電池的使用，節能環(huán)保便利。
Cypress半導體模擬芯片產(chǎn)品經(jīng)理李冬冬介紹說(shuō)，能量采集的范疇從100毫瓦到10納瓦以上。首先需要一個(gè)能量采集的器件，比如太陽(yáng)能面板采集光能，通過(guò)管理芯片把這些不穩定的能量轉換成穩定的能量存儲在電容里面，電容再給這個(gè)系統供電。
對于能量采集而言最適合的近距離無(wú)線(xiàn)技術(shù)是低功耗的。例如搭載BLE將是能量采集很好的應用。
基于能量采集技術(shù)的無(wú)線(xiàn)傳感器的設計面臨一些問(wèn)題。傳統能量采集|會(huì )受到一些限制，比如光照比較弱的地方，對體積的要求，特別是工業(yè)或者消費類(lèi)的可穿戴產(chǎn)品，另外，能量采集還有很多計算，需要存儲的計算和穩壓的過(guò)程。
2015年8月Cypress推出一款新的能量采集芯片，以及一款全球最小、最低功耗的無(wú)線(xiàn)傳感器，即太陽(yáng)能供電的無(wú)線(xiàn)傳感器模塊。這個(gè)模塊是依據S6AE101A能量芯片做的。它具有幾大特點(diǎn)：超低功耗，電流只有250納安（nA），這個(gè)數據全球第一；集成度高，不需要外圍搭載任何電源芯片，一顆搞定；尺寸小，在一平方厘米的太陽(yáng)面板可以運行整個(gè)芯片系統。
相比競爭對手在900流明才能啟動(dòng)能量采集系統，Cypress產(chǎn)品在100流明的時(shí)候就可以啟動(dòng)。這也是業(yè)界唯一可以在室內環(huán)境下啟動(dòng)1平方厘米太陽(yáng)能面板進(jìn)行能量采集的產(chǎn)品。
為4G，4G+，5G而來(lái) 射頻前端集成化趨勢明顯
從4G到4G+到未來(lái)5G的發(fā)展，射頻前端的集成是產(chǎn)業(yè)的發(fā)展趨勢。
Qorvo移動(dòng)產(chǎn)品市場(chǎng)戰略部亞太區經(jīng)理陶鎮表示，移動(dòng)數據量的增加是目前驅動(dòng)整個(gè)智能手機的發(fā)展以及射頻半導體器件的主要動(dòng)力。移動(dòng)數據量的增加意味著(zhù)快速數據接收和下載，快速上傳數據，只有4G、4G+或者5G網(wǎng)絡(luò )才能提供足夠快的上行速率和下行速率來(lái)滿(mǎn)足用戶(hù)對移動(dòng)數據量訪(fǎng)問(wèn)的需求。
從2016年到2020年整個(gè)4G增長(cháng)明顯，2G、3G減少迅速，相對飽和。中國三大運營(yíng)商的4G用戶(hù)量2020年將達到12億。這三大運營(yíng)商擁有TDDLTE或者FDDLTE兩個(gè)牌照，主要4G用戶(hù)來(lái)自中國移動(dòng)，TDD的市場(chǎng)份額大于FDD。
“從2G、3G到4G，到現在的下行載波聚合，再到明年的上行載波聚合，越來(lái)越為復雜。2G只需發(fā)射模塊，到3G需要3G的PA，到4G需要更多濾波器和載波器，載波聚合需要有前端配合的多工器，上行載波器的PA又需要重新設計來(lái)滿(mǎn)足線(xiàn)性化的要求。隨著(zhù)制式的復雜性，射頻前端也是越來(lái)越復雜。所以集成化的方案是支持未來(lái)4G+，5G的主要方向，它可以減少尺寸，提高更好的性能。” 陶鎮分析說(shuō)。
怎么才能給用戶(hù)提供更快的下行速率或上行速率。第一是調制越來(lái)越復雜，從傳統的2G GSM，到3G是BPSK到QPSK，到4G是16QAM和64QAM，在每一個(gè)頻段內，調制解調制式的復雜會(huì )提供更快的上行下行速率，制式越新可以提供更快的速率。第二是某一個(gè)制式下頻譜的寬度影響速率，頻率越來(lái)越寬，LTE時(shí)代頻譜更快了，今年商用的還是兩載波的載波聚合，到了明年后年可能有三載波或者四載波甚至五載波，載波數量越多可以提供更快的上行和下行速率。
目前一個(gè)手機里主要的射頻前端集成模塊有五個(gè)方向，Qorvo擁有集成需要的工藝和相應的設計能力。首先，各個(gè)頻段的PA集成。Qorvo的優(yōu)勢在于除了PA以外還把濾波器和開(kāi)關(guān)集成。其次，雙頻道WiFi通過(guò)模塊化設計減少成本、尺寸以及客戶(hù)的調試時(shí)間。WiFi集成方向還涉及分級接收，這也是5G階段的多路接收、多路發(fā)射的概念。還有一個(gè)集成的方向是天線(xiàn)調節技術(shù)，頻段數量的增加和載波聚合的應用，會(huì )導致射頻前端的損耗比以往大，原本的天線(xiàn)不足以覆蓋所有頻段的支持，天線(xiàn)調節技術(shù)相應的衍生出來(lái)。目前Qorvo通過(guò)天線(xiàn)調節技術(shù)讓手機在一根天線(xiàn)的情況下就能達到很好的連接質(zhì)量。
陶鎮表示，“我們擁有所有射頻前端的工藝和所有產(chǎn)品類(lèi)型，未來(lái)4G+，5G的智能手機集成式方案是一個(gè)市場(chǎng)趨勢。作為射頻前端半導體公司需要擁有每一個(gè)功能塊的產(chǎn)品設計能力和每一個(gè)功能塊的晶圓提供商，基于這些因素，Qorvo是目前集成化非常領(lǐng)先的公司。”
對于未來(lái)5G的應用，陶鎮認為，5G較4G擁有更多應用場(chǎng)景，例如低功耗的萬(wàn)物互聯(lián)，高可靠性、低延時(shí)的應用，像智能駕駛場(chǎng)景對射頻前端的要求更高。5G移動(dòng)寬帶具有更高的速率。在5G的頻譜方面，低頻主要用于廣域的覆蓋，高頻用于熱點(diǎn)覆蓋。據預測全球最早采用5G的可能是韓國或者日本。2018年韓國冬奧會(huì )，2020年日本夏奧會(huì )，這兩項盛事是給當地政府、當地運營(yíng)商做5G演示最好的平臺。韓國冬奧會(huì )目前用的展示頻譜是28G。2020年日本夏奧會(huì )可能采用低于6G的做廣域覆蓋，高頻的主要用于熱點(diǎn)覆蓋，例如在體育場(chǎng)。
GaN功率器件價(jià)格逐年下降 性能高用得起
2015年3月富士通完成半原廠(chǎng)、半代理商的轉變。2014年2月，富士通將氮化鎵部門(mén)轉給了Transphorm公司，Transphorm所有晶圓產(chǎn)品由富士通生產(chǎn)。富士通代理Transphorm氮化鎵產(chǎn)品。
富士通電子元器件市場(chǎng)部高級經(jīng)理蔡振宇表示，基于氮化鎵的功率器件給電源設計帶來(lái)更高的開(kāi)關(guān)頻率、效率和更高的省電率。
現在整個(gè)市場(chǎng)上有兩種新材料，即氮化鎵和碳化硅。氮化鎵和碳化硅都可提高開(kāi)關(guān)頻率，材質(zhì)比較適合高壓應用。但碳化硅和氮化鎵各有特點(diǎn)，氮化鎵的電子流動(dòng)性比較高，開(kāi)關(guān)性能高。碳化硅的高壓性能較好，高溫性能比現有的氮化鎵好。
富士通的GaN HEMT與現有的MOSFET結構不同。蔡振宇分析說(shuō)，它可以做到電子快速移動(dòng)，電流是橫向流，在硅的襯底上面用氮化鎵。尤其針對功率器件，它是S極垂直往上的，上面是S極流到D極，與傳統的MOS管流動(dòng)不一樣?？傮w來(lái)說(shuō)，首先是載流子的能力，代表電流的力度也就是功率。氮化鎵可以做到10。另外，載流子的能力是1500，碳化硅是600。這說(shuō)明氮化鎵的運行速度和開(kāi)關(guān)速度可以得到更好的提升。
通過(guò)數據比較，顯示GaN-HEMT TPH3006PS速度更快。例如正向導通的速度一般是44，它是6.2。QRR一般是5300，它是54，只有前者的百分之一。
富士通600V的氮化鎵產(chǎn)品是第一個(gè)也是唯一通過(guò)JEDEC業(yè)界認證的氮化鎵產(chǎn)品，要通過(guò)這個(gè)認證，需要通過(guò)一系列的認證測試，比如高、低溫測試、高濕測試，這充分驗證了其產(chǎn)品的可靠性。
從產(chǎn)品路線(xiàn)圖看，2013年富士通推出TPH3006PS，2014年 3002，2015年 3205和3206，今年高壓方面推出900V和1200V的產(chǎn)品。低壓方面也有150V的產(chǎn)品。除了單顆的氮化鎵外，還有模組產(chǎn)品。2016年底或2017年初推出E-Mode，并把Cascode轉換到E-mode。
蔡振宇說(shuō)，“目前幾家大廠(chǎng)都在關(guān)注用氮化鎵產(chǎn)品，包括臺灣的臺達和國內一些做電源的廠(chǎng)家，華為已經(jīng)在用氮化鎵做產(chǎn)品，2016年是氮化鎵非常重要的一年。”價(jià)格方面，2013年富士通的氮化鎵產(chǎn)品剛推出時(shí)大概是傳統產(chǎn)品3倍的價(jià)格，到2014年為2倍價(jià)格，2015年達到1.5-1.6倍。隨著(zhù)用量規模擴大，預計2016年氮化鎵產(chǎn)品的價(jià)格可以做到1.2-1.3倍，這有利于氮化鎵產(chǎn)品的推廣。
移動(dòng)設備訪(fǎng)問(wèn)
