物聯(lián)網(wǎng)時(shí)代，MEMS傳感器發(fā)展面臨更多挑戰(zhàn)

摘要：上海微技術(shù)工業(yè)研究院(SITRI)協(xié)辦的第二屆MIG亞洲會(huì)議上，全球傳感器巨頭暢談了未來(lái)的MEMS傳感器發(fā)展戰(zhàn)略;會(huì)后本刊還采訪了其他MEMS廠商，請(qǐng)他們談了關(guān)注的方向。

　　你的手機(jī)有光線傳感器可以自動(dòng)調(diào)節(jié)屏幕亮度，手環(huán)溫度傳感器可以記錄你的體溫。你習(xí)慣的計(jì)步器，或是你常用測(cè)量心跳的APP上都有各式各樣傳感器。正如聯(lián)芯科技總裁錢國(guó)良在MIG亞洲大會(huì)上講道，“傳感器產(chǎn)品已無(wú)處不在!”

　　目前消費(fèi)類MEMS傳感器面臨著四個(gè)挑戰(zhàn)：尺寸、智能、應(yīng)用和價(jià)格。在追逐萬(wàn)物互聯(lián)，智能生活的今天，傳感器產(chǎn)品的發(fā)展變化將成為物聯(lián)網(wǎng)時(shí)代“智能化”的關(guān)鍵因素。

　　智能終端、可穿戴設(shè)備的體積限制，MEMS產(chǎn)品的尺寸越來(lái)越小。傳感器芯片已經(jīng)從三軸、六軸、九軸的集成化方向發(fā)展，未來(lái)甚至還有“9+1”的傳感器產(chǎn)品出現(xiàn)，集成化不僅解決了傳感器產(chǎn)品的尺寸問(wèn)題，同樣降低了芯片成本，物聯(lián)網(wǎng)時(shí)代MEMS傳感器的性能與功耗的權(quán)衡同樣重要。意法半導(dǎo)體(ST)執(zhí)行副總裁兼模擬、MEMS和傳感器事業(yè)部總經(jīng)理Benedetto Vigna表示，基于不同應(yīng)用領(lǐng)域?qū)⒂懈佣嘣膫鞲衅鳟a(chǎn)品出現(xiàn)，微執(zhí)行器也許會(huì)成為傳感器的明天，少花錢多做事是我們的目標(biāo)。

　　在現(xiàn)有市場(chǎng)下更多客戶關(guān)注的是價(jià)格，并不在乎MEMS產(chǎn)品的封裝形式、芯片性能等。華為技術(shù)傳感器應(yīng)用實(shí)驗(yàn)室首席專家丁險(xiǎn)峰表示，“可穿戴領(lǐng)域，我們需要特殊應(yīng)用、性能更好的傳感器產(chǎn)品，傳感器廠商不要一味的降低成本，要堅(jiān)持創(chuàng)新，最終使我們的整機(jī)產(chǎn)品能夠打敗競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手。因此好的傳感器仍舊稀缺，我們渴望這樣的產(chǎn)品。”

Bosch Sensortec：提供全方位產(chǎn)品解決方案

　　做為全球排名第一的MEMS傳感器供應(yīng)商，Bosch Sensortec最大的優(yōu)勢(shì)是制造工藝。

　　目前，Bosch擁有慣性傳感器、環(huán)境傳感器、智能傳感器、聲學(xué)傳感器四類產(chǎn)品，為客戶提供傳感器融合軟件以實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的最佳應(yīng)用性能，提供標(biāo)準(zhǔn)操作系統(tǒng)/平臺(tái)的完整解決方案。Bosch Sensortec亞太區(qū)總裁Leopold Beer指出，未來(lái)傳感器將延伸至IoT解決方案的每個(gè)細(xì)分領(lǐng)域，Bosch Sensortec已經(jīng)為物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展做好準(zhǔn)備。

　　目前MEMS市場(chǎng)仍舊以智能手機(jī)為核心，全球3/4的智能機(jī)使用了Bosch Sensortec的傳感器。在手機(jī)領(lǐng)域，多軸傳感器是趨勢(shì)，目前三軸、四軸產(chǎn)品最受市場(chǎng)歡迎?？纱┐鞣矫妫藗?cè)詾?015年就應(yīng)該可穿戴的天下，但是實(shí)行起來(lái)并不是很成功。問(wèn)題是你不能用同樣的器件既用在手機(jī)上，又用到可穿戴設(shè)備上，同時(shí)人們不希望身上帶有太多的設(shè)備?？纱┐鳜F(xiàn)在是剛開(kāi)始階段。為此。Bosch為可穿戴開(kāi)發(fā)了超小型傳感器。環(huán)境傳感器的應(yīng)用將帶來(lái)更多新的應(yīng)用市場(chǎng)，環(huán)境傳感器的快速創(chuàng)新，將為新應(yīng)用帶來(lái)新的驅(qū)動(dòng)力，Bosch的BMP280、BME280和BME680等產(chǎn)品，幫助客戶實(shí)現(xiàn)自我量化、個(gè)性化控制和環(huán)境測(cè)量。

ST：We can do more with less

　　Benedetto Vigna對(duì)ST產(chǎn)品總結(jié)道，“We can do more with less!”

　　深耕MEMS 傳感器和執(zhí)行器領(lǐng)域10年，ST擁有完整的產(chǎn)品組合，其產(chǎn)品覆蓋運(yùn)動(dòng)傳感器、環(huán)境傳感器、麥克風(fēng)、觸控產(chǎn)品到執(zhí)行器、低功耗模擬器件和射頻芯片等領(lǐng)域。

　　在MEMS運(yùn)動(dòng)傳感器方面，MEMS運(yùn)動(dòng)傳感器不斷創(chuàng)新，其銷量更是超過(guò)50億，發(fā)布業(yè)界領(lǐng)先的6軸傳感器。MEMS 麥克風(fēng)銷量超過(guò)5億件，市場(chǎng)份額從2012年不足2%增長(zhǎng)到2014年的10%。此外，壓力傳感器、紫外傳感器均都取得不錯(cuò)的成績(jī)。

　　MEMS微執(zhí)行器是能夠用較小的力使液態(tài)或固態(tài)微型物體運(yùn)動(dòng)一小段距離的微型奇跡，采用不同的換能機(jī)制，將電能轉(zhuǎn)換成機(jī)械能輸出，引起機(jī)械結(jié)構(gòu)發(fā)生位移或旋轉(zhuǎn)。目前ST MEMS微執(zhí)行器有壓電式、靜電式、熱學(xué)和電磁等四個(gè)方向，可以應(yīng)用在相機(jī)自動(dòng)對(duì)焦、打印頭、HUB抬頭顯示駕駛信息、投影擴(kuò)大手機(jī)顯示、人機(jī)界面、穿戴式裝置、虛擬實(shí)境、3D打印、醫(yī)療監(jiān)測(cè)等領(lǐng)域應(yīng)用。

　　未來(lái)十年，ST MEMS傳感器產(chǎn)品將走入智慧城市、智能汽車、智慧家居、Smart Me醫(yī)療和Smart Me健身等各個(gè)領(lǐng)域。

飛思卡爾：傳感器數(shù)據(jù)分析是什么?

　　數(shù)據(jù)分析是研究原始數(shù)據(jù)的科學(xué)，旨在發(fā)現(xiàn)內(nèi)在規(guī)律并形成結(jié)論。一些企業(yè)已經(jīng)根據(jù)消費(fèi)者的購(gòu)買歷史、網(wǎng)站瀏覽模式、閱讀清單以及電影喜好，采用數(shù)據(jù)分析，以便更好地了解消費(fèi)者的需求，使公司更有針對(duì)性地為目標(biāo)而努力。隨著行業(yè)的不斷發(fā)展，分析可以而且應(yīng)該應(yīng)用于原始傳感器數(shù)據(jù)，這通常被稱為傳感器數(shù)據(jù)分析。創(chuàng)建直觀的用戶界面已經(jīng)非常普遍，通過(guò)傳感器進(jìn)行導(dǎo)航或出于健康目的的用戶運(yùn)動(dòng)追蹤，這些應(yīng)用的用戶界面都非常直觀。然而，傳感器數(shù)據(jù)可提供的不僅僅是運(yùn)動(dòng)監(jiān)測(cè)，當(dāng)采用算法來(lái)分析數(shù)據(jù)中的微妙變化時(shí)，可以挖掘出不同的信息層。例如，轉(zhuǎn)動(dòng)中的電機(jī)給出一個(gè)振動(dòng)信號(hào)，這個(gè)信號(hào)可由加速度傳感器記錄。當(dāng)電機(jī)正常工作時(shí)，振動(dòng)隨著給定的齒輪傳動(dòng)比圍繞一個(gè)窄幅頻率做運(yùn)動(dòng)，頻域中的能量模式保持相對(duì)恒定。當(dāng)電機(jī)磨損時(shí)，有缺陷的滾珠軸承或齒輪中的滑動(dòng)會(huì)導(dǎo)致電機(jī)以更寬的振動(dòng)頻譜劇烈振動(dòng)。通過(guò)檢測(cè)頻率組成的變化，分析傳感器數(shù)據(jù)，根據(jù)加速度傳感器歷史數(shù)據(jù)推導(dǎo)出電機(jī)健康狀況。借助這些信息，工廠管理人員能更有效地制訂預(yù)防性維護(hù)計(jì)劃。

　　傳感器數(shù)據(jù)分析的應(yīng)用并不局限于預(yù)防性維護(hù)和預(yù)測(cè)。飛思卡爾的工程師正與關(guān)鍵客戶攜手合作，利用傳感器數(shù)據(jù)分析發(fā)掘潛藏在傳感器數(shù)據(jù)中的信息并以此獲利，同時(shí)創(chuàng)建新型智能電器。

InvenSense：在物聯(lián)網(wǎng)時(shí)代的傳感器尋求新戰(zhàn)略

　　面臨物聯(lián)網(wǎng)的到來(lái)，InvenSence先進(jìn)技術(shù)高級(jí)總監(jiān)Peter Hartwell指出，物聯(lián)網(wǎng)時(shí)代，更多機(jī)會(huì)將留給在傳感器尺寸、成本、功耗、制造能力等各方面做得好的廠商，少數(shù)供應(yīng)商每年的出貨量可達(dá)到十億級(jí)別。傳感器“實(shí)時(shí)”感知世界，物聯(lián)網(wǎng)將云端互連，體現(xiàn)在應(yīng)用層面上，便能夠幫助人們做出“實(shí)時(shí)”的決策。

　　同時(shí)他也分享了未來(lái)物聯(lián)網(wǎng)時(shí)代的發(fā)展戰(zhàn)略，“物聯(lián)網(wǎng)的性能與功耗往往是矛盾的，提高性能的同時(shí)要降低功耗，那是不可能的。可以看到隨著集成度的提升，MEMS ASP(平均售價(jià))卻在急速下滑。要提升ASP，就要增加更多附加價(jià)值?！?Peter Hartwell表示，構(gòu)建智能傳感器，需要以擴(kuò)大的技能組合來(lái)提升價(jià)值，包括傳感器知識(shí)、系統(tǒng)知識(shí)以及大數(shù)據(jù)知識(shí)。

樓氏：未來(lái)更多的產(chǎn)品將通過(guò)語(yǔ)音控制

　　可穿戴設(shè)備開(kāi)創(chuàng)了電子設(shè)備互聯(lián)互通的新時(shí)代，并能前所未有地獲得海量的用戶和環(huán)境數(shù)據(jù)。盡管尚未有可穿戴設(shè)備實(shí)現(xiàn)大規(guī)模的普及，目前運(yùn)動(dòng)跟蹤器和智能手表等腕帶設(shè)備是市場(chǎng)主流。

　　創(chuàng)新是可穿戴設(shè)備成功的關(guān)鍵。對(duì)軟硬件融合工藝的改進(jìn)能創(chuàng)造出體積更小、速度更快的腕帶設(shè)備。而更小巧、性能更好的零部件則為新產(chǎn)品帶來(lái)了更廣闊的市場(chǎng)前景。

　　未來(lái)的可穿戴設(shè)備將會(huì)圍繞用戶需求和物聯(lián)網(wǎng)兩大中心發(fā)展。因此可穿戴設(shè)備是否能與其他電子產(chǎn)品有效互動(dòng)、是否能控制環(huán)境、預(yù)測(cè)用戶需求并捕捉數(shù)據(jù)就顯得尤為重要。這些功能都能為用戶生活提供更大的便利。

　　在不久的將來(lái)，我們將看到更多通過(guò)語(yǔ)音控制而使操作更便捷的產(chǎn)品。它們可以自動(dòng)為您開(kāi)門、開(kāi)燈，調(diào)節(jié)您需要的房間溫度，并將電視調(diào)到您喜歡的節(jié)目。而您只需要在門口說(shuō)一聲“我回家了”，這一切就可輕松實(shí)現(xiàn)。

　　對(duì)于可穿戴產(chǎn)品等受到體積限制的設(shè)備而言，創(chuàng)新至關(guān)重要。這些產(chǎn)品的電路板尺寸非常小，這也就對(duì)零部件尺寸提出了嚴(yán)格的要求。

　　通過(guò)使用MEMS(微機(jī)電系統(tǒng))麥克風(fēng)上的集成電路內(nèi)置音頻總線(Inter-IC Sound或I2S)接口，電子產(chǎn)品制造商能使麥克風(fēng)直接與應(yīng)用程序處理器或微控制器相連接。這項(xiàng)新技術(shù)可輕易與現(xiàn)有移動(dòng)設(shè)備結(jié)構(gòu)的結(jié)合，并通過(guò)與信號(hào)處理器直接連接的方式簡(jiǎn)化系統(tǒng)集成。

　　今年早些時(shí)候，樓氏推出了最先進(jìn)的I2S MEMS麥克風(fēng)，用于可穿戴設(shè)備、遠(yuǎn)程控制器、汽車以及智能家庭自動(dòng)化和安全設(shè)備等領(lǐng)域。該解決方案在尺寸和功耗方面擁有卓越的優(yōu)越性，與競(jìng)爭(zhēng)產(chǎn)品相比，其封裝尺寸縮小了25%，耗電量降低40%。

　　樓氏開(kāi)發(fā)的這一智能音頻解決方案旨在滿足市場(chǎng)對(duì)更小巧、更高效設(shè)備日益增長(zhǎng)的需求，我們非常高興地看到該解決方案已被廣泛應(yīng)用到可穿戴設(shè)備的參考設(shè)計(jì)中，并受到多家消費(fèi)電子廠商青睞。