运动传感器如何承接IoMT新机遇?| 智慧产品圈

原创 李映 2017-11-20
标签 传感器 IC

  是否曾想过可将运动传感器埋在地下管道来测量管道在地震中的移动,或通过摄像头内部的运动传感器来启动和控制药丸的导航?而这正在成为现实。传感器包罗万象,其中MEMS运动传感器如陀螺仪、加速度计等应用于智能手机、平板电脑和可穿戴设备等而广受关注,但其实,移动物联网(IoMT)为运动传感器带来了更加广阔的升值空间。正如mCube(矽立科技)首席技术官、高级副总裁Sanjay Bhandari所言,运动传感器在工业、农业、智能医疗、智能家居、机器人等领域,运动、倾斜、旋转和方向的测量价值将爆炸性地增长。在庞大移动物体上的数亿运动传感器相互连接,使“移动物联网”(IoMT)成为传感器的新福地。

  小体积低功耗挑战如何应对?

  进入IoMT时代,对运动传感器的要求自然不可同日而语。“传统汽车、工业应用的传感器多是分立的多芯片模组,可谓是Sensor1.0;智能手机等应用的传感器采用分立的堆叠技术,称为Sensor2.0;而IoMT所需的单芯片、低功耗、小体积将代表走入Sensor 3.0时代。”mCube(矽立科技)总裁王瀚青博士认为。

  运动传感器由微机电传感器+CMOS组成,要满足IoMT体积更小、功耗更低等苛刻的要求,传统的MEMS制造工艺很难满足,必须要有“绝活”。在这方面,mCube(矽立科技)不走“寻常路”,研发设计了在单个裸片上制造MEMS + CMOS的技术,并可大批量地、可靠地生产。


图:mCube(矽立科技)单芯片MEMS传感器技术平台

据悉,这一芯片结构的下半部分是一个CMOS数字芯片及灰色的电极,上部则为MEMS结构。在运动过程中,检测质量块会发生晃动,这时就会影响到质量块与周边环境的电容,而电容的变化被采集后会转换成(xyz)三个方向的加速度,从而通过这一原理可以将该技术平台用于设计加速计、陀螺仪等。mCube(矽立科技)拥有140多个专利,成为全球唯一集成单芯片MEMS+CMOS传感器的厂商。


  “单芯片技术平台优势在于高产量、高面积的使用率、卓越的互连性、显著的小体积以及晶圆级的完整功能性验证,使得功耗更低,芯片外部引脚更少,从而降低了设计难度和成本,提高了可靠性和生产率。” 王瀚青博士举例说,“mCube(矽立科技)的加速度计最小1MM×1MM,而竞争对手最小也是2MM×2MM。” 王瀚青博士还介绍,在工艺上与台积电密切合作,台积电还是mCube(矽立科技)的一个投资方,可充分保证产能。因而,出货超过3亿颗成为市场大受追捧的佐证。

  全面解决方案才是王道

  运动传感器的应用广泛,客户多种多样,这也决定了不是一个传感器就能“行走天下”的事实。王瀚青博士认为,IoMT的特点是碎片化,不同客户有不同的能力与需求,要在这一行业成功,就需要提供全面的解决方案,不仅是传感器的单一芯片方案,还要集成算法提供完整的软硬件方案,降低客户的开发门槛,加快产品上市。

  mCube(矽立科技)瞄准这一走向,不仅在单芯片技术平台上持续发力,还收购了专注3D运动追踪技术和产品的Xsens。Xsens在运动传感器融合领域处于世界前列,其多芯片模块结合了加速度计、地磁、高度计和陀螺仪,可实现高精度的9轴甚至10轴的运动感测模块。通过Xsens的专利算法,可构建诸如人体运动的高精度3D渲染。产品已广泛应用于自动驾驶、无人机、农业设备以及海洋勘探和钻井平台方面,如其开发的运动捕捉方案已被用来创建好莱坞电影大片中的CGI动画,也被汽车制造商如戴姆勒公司用来增强汽车的人体工程学设计。


图:在单芯片上实现MEMS+CMOS是mCube(矽立科技)的核心技术

“这一收购是全面互补型,使得mCube(矽立科技)的单芯片硬件技术与Xsens的传感器融合技术全面整合,一方面是mCube(矽立科技)的单芯片硬件工艺、生产能力和Xsens的算法可更好地融合,提供全面的解决方案;另一方面是将高性能和低成本结合,最终实现高性价比,以开发更多的新客户、开拓更多的新市场。”王瀚青博士对此收购踌躇满志。


  王瀚青博士认为,Xsens走高端路线,但如果不将成本做低、量产做大,发展将受限,而一旦整合之后将1000元的产品做到200元,再降到50元,市场将会呈数量级地增长。“例如动作捕捉产品在球队上的应用,mCube(矽立科技)收购Xsens后,将不仅针对职业球队的市场,还可以下潜到高中及大学的市场,这将是一个更庞大的市场。”王瀚青博士说。

  三维度融合加速

  随着IoMT应用的深入,传感器的融合趋势也在加快。

  这种融合有三个维度,王瀚青博士提到,一是工艺集成,小体积、低功耗的MEMS运动传感器的边界;二是横向整合,通过单芯片技术平台整合不同的传感器,如将CMOS部分做得大一些,上面则可以加入诸如加速度、陀螺仪、压力、温度等多个不同的MEMS架构,并由复杂的传感器融合软件来支持;三是垂直整合,物联网基础单元包括MCU、通信芯片、传感器等,通过将三者集成来实现更小体积更低功耗的追求。


图:传感器融合方案

  随着mCube(矽立科技)与Xsens合二为一,这三个趋势协同作用,将使融合“触手可及”,有机会创造从未有过的产品和应用。目前mCube(矽立科技)通过垂直整合可将加速度计与MCU集成在一个只有2MM×2MM的双芯片模块中。MCU带有预编程软件,包含计步等基本功能。又比如通过mCube(矽立科技)的MEMS+CMOS单芯片平台,将MEMS传感器集成在Xsens新的多传感器模块中,在诸如运动追踪紧身衣裤或步态分析“丝袜”中,穿戴者都不会有所察觉,老年病人可全天候舒适地佩戴。

  王瀚青博士强调,通过不断的融合,客户只需专注于其应用的差异化开发,有助于实现高产能、更健康、更安全和舒适的新一代产品。未来mCube(矽立科技)将不断根据客户的要求,开发更多相应的功能,提供可直接应用的全面运动传感器方案。

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