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          傳感器與元件廠商看可穿戴電子的機會及解決方案

          作者:毛爍時間:2019-08-29來源:電子產品世界收藏


          本文引用地址:http://www.tyy68.com/article/201908/404281.htm

            毛 爍 (《電子產品世界》編輯,北京 100036)

            摘?要:業內部分領軍的傳感器與元件廠商介紹了電子設備的機會,以及傳感器、元件的發展趨向與解決方案。

            關鍵詞:

          1  Bosch提供低功耗、多功能、智能化傳感器解決方案

          近年來全球 設備出貨量比之前增長16.7%,市場規模龐大。 同時用戶對于可穿戴設備 的要求也越來越高。用戶 希望他們的可穿戴設備具 有多功能的同時做到永不 斷電,并且最大限度地延 長充電間隔。不僅如此, 人們對可穿戴智能化的要求也逐漸增長。

          Bosch Sensortec為可穿戴用產品提供了廣泛的產品 組合,制造商可以找到任何可穿戴的解決方案,無論是 智能、智能服裝還是腕帶。其中,Bosch Sensortec 的BMA400加速度計是超低功耗產品。和標準的加速計 相比,性能相同卻只需要十分之一的耗電量,能夠解決 用戶對于永不斷電且最大限度的延長充電間隔的需求。 而BHI160BP則是業界位置追蹤智能傳感器的先驅,具備 超低功率位置追蹤功能。相較于普通GNSS解決方案可 降低系統功耗高達80%,且不影響精度。

          不僅如此,Bosch Sensortec旗下高性能IMU(慣 性測量單元)BMI270能滿足用戶對于可穿戴設備多功 能的要求,包括直觀的手勢、上下文和活動識別,以及 集成即插即用計步器并專門針對腕戴式設備中的精確步 數進行了優化。

          面對可穿戴設備更智能的需求,Bosch Sensortec 的智能傳感器中樞BHI260和BHA260集成了強大的傳 感器協處理器和MEMS傳感器,使它們可以勝任復雜 的傳感器處理任務和數據緩沖,而無需喚醒主應用處 理器。

          而穿戴設備是一個快速發展的細分市場,同時也 是可穿戴設備領域的主要增長動力。2019年,Bosch Sensortec 也推出了新款BMA456耳穿戴加速度計,是 在單一傳感器中集成了優化的耳穿戴功能的加速度計, 可實現直觀的用戶交互,如點擊、雙擊和三擊耳。

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          2  用于可穿戴產品的RFID標簽

          近年來,隨著庫存管理和商品源頭追溯性管理的附 加價值不斷提高,RFID標簽的應用逐漸普及開來,但 是在面積有限的可穿戴產品上如何安裝RFID標簽還是 難題。村田利用多層陶瓷基板技術,將RFID標簽的IC芯 片和天線一體化,實現了小物品追溯用RFID標簽的商品化。村田的超小型RFID標簽尺寸僅為1.25 mm×1.25 mm×0.55 mm,集成天線,堅固的設計使標簽可注塑 在產品內而完全不影響產品本身外觀(如圖1)。

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          圖1 村田小物品追溯用RFID標簽

          該超小型標簽可用于可穿戴產品等小物品追溯,以 村田RFID標簽在智能手環/中的應用為例,在智能 手環/手表生產時,將村田RFID標簽附在或嵌入產品內 部,可以在工廠內部改善產品制造及物流流程,實現“工廠—倉庫—物流”的 流程監控,產品銷售時還 能起到防偽的作用,有效 加強品牌保護。另外產品 需要后續維修的時候,不 用拆機,通過讀寫器,工 作人員就可以了解到該產 品的過往歷史,有效提高 維修服務及質量,最終實 現讓用戶和廠家對產品的全流程都一目了然。

          此外,村田超小型RFID標簽也能用于助聽器、眼 鏡、設備、奢侈品等小型產品上。

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          3  TDK為可穿戴應用程序提供多種創新技術

          結合物聯網(IoT)市場的成長,智能手表、音頻耳機 /耳塞、虛擬現實/增強現實(VR/AR)和健康追蹤應用程 序等無線可穿戴產品,成為了可穿戴產品市場的主要驅動力。

          TDK為可穿戴應用程序提供多種創新技術,特 別是傳感器解決方案、能 源裝置、觸覺解決方案和 下一代電子元件,包括可實現產品小型化和高性能 的智能封裝技術。

          TDK的綜合傳感器產 品組合包括微電子機械 系統(MEMS)、磁阻(MR)和壓電技術。TDK先進的MEMS運動傳感器和飛行時間(ToF)傳感器可為AR/VR應用程序用戶帶來獨特的體驗。TDK尖端的ToF傳感器可測量控制器和耳機之間的位置,而無需使用外部控制臺設備檢測各個設備的 位置。

          TDK的壓電觸覺技術可為用戶帶來真正的觸覺體驗。采用壓電觸覺技術可消除笨重的電機振動。TDK的 壓電觸覺解決方案可復制按下機械按鈕的感覺。您可將壓電觸覺裝置置于設備表面下,以取代機械開關。無需音量按鈕孔,您仍可體驗按按鈕的感覺。壓電觸覺 帶給用戶的體驗遠不止簡單的電機振動。其厚度僅1.3 mm,可實現超低功耗。

          除了元件,TDK還可提供稱為IC內置基板(SESUB) 的獨特包裝和SiP技術。將IC嵌入基板,其余組件安裝 在基板的頂部,從而在不影響性能的前提下,顯著減 小體積。TDK的這一獨特基板還提高了散熱性與高可靠 性,降低了所嵌入IC的損耗和噪聲排放,同時還可支持 多種IC嵌入。

          TDK正在持續開發體積更小、使用非常規材料且性能更高的元件,以滿足未來需求。TDK是您身邊的“一站式 供應商”,可滿足您對可穿戴設備硬件的各種需求!

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          4  TDK推出適應智能頭戴式耳機傳感器

          就運動手表 而言,TDK 的MEMS慣性傳感設備能提 高運動感測精度,特別適合 健身或其他戶外活動,終端 用戶對此抱有極大期望。對 于智能頭戴式耳機,市場 對于高端產品的需求持續增 長,這對于具有先進降噪性 能、更佳用戶體驗的MEMS 麥克風而言是一個利好。

          TDK最近推出了兩款新型InvenSense傳感器,拓 展了運動可穿戴設備的使用范圍,特別適合新興的健身 及戶外相關活動。其中一款是經過改良的六軸運動傳感 器,測量范圍比市場上傳統的六軸運動傳感器更廣。事 實上,TDK最新的ICM-42686產品的轉速和加速度測量 范圍均達到運動可穿戴設備的2倍,能精確測量最快的加 速度和最大轉速。其中一個典型應用案例是,該傳感器 能精確感測乒乓球比賽中的每個動作。在這個應用中, 只能感測一般用戶移動的傳統傳感器根本無法跟蹤運動 員的動作。

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          TDK新近上市的另一款傳感器是專為運動可穿戴設 備而設計的新一代的電容式壓力傳感器。該產品具有更 高的精度與低功耗,能可靠檢測<10 cm的高度變化, 有望率先測量出用戶攀爬的臺階數。對于運動/健康設 備而言,這是一項極受歡迎的性能,方便用戶更好地管 理自身鍛煉,準確測定自身卡路里的消耗。

          對于智能頭戴式耳機,TDK已推出了一系列具有高信 噪比的新型InvenSense  PDM麥克風,專門優化以支持兩 個及兩個以上的麥克風的波束成形。這能確保更有效的降 噪處理并改善遠場性能,特別是在語音喚醒方面。

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          5  固態充電電池使用緊湊SMD技術

          智能穿戴設備為繽紛多彩的生活增添了更多的可能性,未來的發展將需要 無數的特殊電源以滿足新 的超低功率半導體和傳感 器的需求。這對于能量存 儲介質提出了新的要求: 尺寸小,可充電,本質安 全,易于裝配,低成本且 工作壽命長。TDK集團率 先推出首例采用緊湊SMD 技術的CeraCharge?固態充電電池。相比于最常用的技術,CeraCharge?屬固態充電 電池,無任何液體電解質。該電池采用了和MLCC類似 的多層技術(如圖2),該技術結合了相對高能量密度和小元件體積,以及陶瓷多層元件的安全及大批量制造 特性。通過這種技術,高能量密度和最小的元件體積與 陶瓷多層元件的安全性及高容量制造優點被結合在一 起。此外,采用固態陶瓷電解質還消除了火災、爆炸或 液態電解質泄漏的風險。

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          6  可穿戴用柔性傳 感器、微型連接器等動向

          可穿戴設備的制造商正在尋求通過各種方式來使微小空間內的組件做到微型化,同時保持極高的可靠性,還要應對價格極為敏感的挑戰。

          先進的傳感器設計是可穿戴設備創新中的核心所 在,而Molex的 Soligie 印刷型傳感器則具有在塑料、紙 張和金屬箔之類的低成本柔性基板上制作各種元件和互 連系統的全部優勢。在微型化設備的設計過程中,這可以成為一項主要的優勢。然后可以使用導電銀 墨來添加組件,從而形成 電路。Soligie 解決方案采 用的高精度滾動式 (R2R) 高速印刷工藝可以實現完 全等效于銅電路的結果, 同時還可以減少制造工藝 以及使用的材料 、 降低 成本。

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          Molex還是成型互連設備/激光直接成型 (MID/LDS) 技術的領導者,在這方面,功能性的電子元件會集成到 三維上的熱塑性封裝當中,從而獲得結構緊湊而又輕量 級的高性能設備。LDS 通常采用三軸激光在采用專用 催化樹脂成型的 MID 表面上建立起走線,這樣形成的 MID 解決方案通常會包含天線和傳感器接口之類的組 件。它們的工程設計所采用的技術包含了電鍍穿孔通孔 以及焊盤。

          Molex的 MID/LDS 技術可以為需要微型化以及減 重的應用提供支持。此外,該技術還可以實現極快的開 發周期,提高設計的自由度。典型應用包括傳感器設備 和天線的實施。該技術的設計可以為可穿戴設備的生產 帶來極高的成本效益。

          Molex提供范圍廣泛的高性能射頻天線,易于使 用,具有多種形狀系數,滿足所有通用的天線協議和 天線頻率的要求。該產品包括超薄陶瓷天線和 MID/ LDS 天線,適合將互聯網和數據連接嵌入到緊湊的設備 當中。

          相機和筆記本電腦之類的設備含有密集的電子元 件,但是在空間上受到約束,通常會將柔性連接作為一 種便利的備選方案來替代傳統布線。自然,這種方法也 適用于可穿戴設備這一相對較新的產品類別。Molex的 FFC(柔性扁平電纜)- FPC(柔性印刷型電路)連接 器提供 0.20~2.00 mm的螺距范圍,在緊湊的輕量級設 計中具有純粹的信號完整性。該產品滿足一系列多種應 用的設計需求,其中就包括了可穿戴設備,在這類設備 中,必須將微型化與極高的可靠性良好的結合到一起。

          這類超細螺距的小尺寸 FFC-FPC 連接器提供一系列的 驅動形式,包括 ZIF、LIF、滑塊式以及翻轉式致動器, 以極低的成本為高帶寬的數據速率提供支持。

          參考文獻

          [1] ROHM SEMICONDUCTOR.可穿戴設備用光學式脈搏傳感 器技術難點及應用事例.電子產品界,2016(3):65-67.

          [2] 迎九. 可穿戴與IoT用DC/DC:如何實現納安級消耗電流?.電 子產品界,2016(4):19-21.

          [3]  迎九.  可穿戴傳感器趨勢及部分新產品技術.電子產品界, 2016(5):25-27.

                本文來源于科技期刊《電子產品世界》2019年第9期第16頁,歡迎您寫論文時引用,并注明出處。



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