ADI 詳談傳感器的創(chuàng)新與變革之路

傳感器技術(shù)作為信息技術(shù)的三大基礎(chǔ)之一，是當(dāng)前各發(fā)達(dá)國家競相發(fā)展的高新技術(shù)，也是國內(nèi)外公認(rèn)的最具有發(fā)展前途的高技術(shù)產(chǎn)業(yè)。由于世界各國普遍重視和投入開發(fā)，傳感器展十分迅速。

據(jù)前瞻產(chǎn)業(yè)研究院統(tǒng)計數(shù)據(jù)顯示，2018 年全球傳感器行業(yè)市場規(guī)模已突破 2000 億美元，未來 5 年全球傳感器市場將保持 8%左右的速度增長，到 2024 年市場規(guī)模將會達(dá)到 3284 億美元。

可見，傳感器的春天正在到來。

在此之際，與非網(wǎng)推出《傳感器的創(chuàng)新之旅》專題活動，圍繞行業(yè)公司在傳感器領(lǐng)域的布局、趨勢、創(chuàng)新、挑戰(zhàn)、突圍等內(nèi)容進(jìn)行交流和討論，ADI 受邀參與了此次活動。

ADI 在傳感器市場的布局和優(yōu)勢

ADI 亞太區(qū)微機電產(chǎn)品線總監(jiān)趙延輝向筆者詳細(xì)介紹了 ADI 在傳感器領(lǐng)域的布局：“ADI 傳感器產(chǎn)品組合專注于運動、溫度、光學(xué)和磁場等物理特性的感測。每款 MEMS 加速度計、陀螺儀、慣性測量單元(IMU)、以及所有模擬或數(shù)字溫度傳感器、磁傳感器均集成行業(yè)領(lǐng)先的傳感器和傳感器信號調(diào)理技術(shù)。

ADI 亞太區(qū)微機電產(chǎn)品線總監(jiān)趙延輝

1987 年，ADI 公司開發(fā)出了全世界第一顆產(chǎn)品化 MEMS 器件，早期和典型的應(yīng)用是汽車空氣氣囊，到后來由 ADI 低功耗 MEMS 加速度計廣泛應(yīng)用于智能手表手環(huán)、計步器等運動檢測裝備，再到能夠支持到 175 度高溫的 MEMS 加速度計和最高可以做到 500g 震動加速度檢測的振動傳感器，這些產(chǎn)品都具有非常高的分辨率和穩(wěn)定性，并且可以保證十年使用壽命?，F(xiàn)在 ADI 傳感器產(chǎn)品的重點方向是慣導(dǎo)（IMU）、MEMS 加速度計等，更關(guān)注的是高精度和全面校正。

汽車是傳感器重要的應(yīng)用領(lǐng)域。無人駕駛需要精確的位置信息，精確的位置信息大部分來自 GPS 或者北斗，當(dāng)這些信號被遮擋的情況下，比如地下車庫自動停車這樣的場景里，IMU 可以幫助做精準(zhǔn)的位置定位。ADI 也從早期的 ADIS1648 系列一直到現(xiàn)在的 ADIS1647 系列，體積越做越小，而且長時間穩(wěn)定度越來越高。在慣性導(dǎo)航產(chǎn)品系列上，ADI 針對高精度位置服務(wù)推出 ADIS1650X 系列 IMU，相比上一代產(chǎn)品來說，其在保持高性能的同時，在尺寸上進(jìn)一步縮小了 40%，并且達(dá)到了工業(yè)級的標(biāo)準(zhǔn)，該系列產(chǎn)品實現(xiàn)了業(yè)界領(lǐng)先的 MEMS 技術(shù)與信號調(diào)理技術(shù)的完美結(jié)合，可提供優(yōu)化的動態(tài)性能。

另外，77G/79G 的雷達(dá)影像技術(shù)、LiDAR ?AFE（激光雷達(dá)的模擬前端）與 IMU 一樣是無人駕駛核心的傳感類技術(shù)，ADI 近年來推出的基于 28nm RF CMOS 的 77/79G 技術(shù)，最大的特點是它的輸出功率非常高，同時偵測遠(yuǎn)度可以做到很遠(yuǎn)，可以達(dá)到 200 米以上的偵測距離，而且相噪非常小，分辨率可以做到非常高。

“新制造”概念的提出，為給傳感器市場帶來了非常大的需求，因為只有各種各樣的傳感器才能讓冰冷的機器和人類進(jìn)行對話。傳統(tǒng)的傳感器的解決方案是需要靠人拿著具有傳感方式的機器去現(xiàn)場檢測，現(xiàn)在市場提出的“集成式的智能節(jié)點”只需在現(xiàn)場放一個傳感器就可以實現(xiàn) 24 小時檢測。隨著“集成式的智能節(jié)點”市場的發(fā)展趨勢，需要尺寸更小、更低成本、更低功耗的 MEMS 傳感器對機器做早期的檢測。振動是機器診斷的關(guān)鍵要素之一，如何在高頻段發(fā)現(xiàn)低幅度、小信號是 MEMS 傳感器需要突破的難點。ADI 的 ADXL100X 系列，恰好實現(xiàn)了這樣的技術(shù)突破，是業(yè)內(nèi)最早的頻率 45KHz、有效帶寬 30KHz、噪聲 25dB 的 MEMS 傳感器。此外，針對振動領(lǐng)域，ADI 還可以把 MEMS 傳感器集成各種信號調(diào)理，可提供一個完整振動的解決方案，例如地震監(jiān)測設(shè)備就可以通過 MEMS 加速度計實現(xiàn)。地震等級越低、振動幅度越小，必須有足夠低的噪聲才能分辨足夠小的等級。另外，由于不知道地震什么時候發(fā)生，只能讓地震設(shè)備不斷工作，所以傳感器必須具備足夠的低功耗特性。ADI 的加速度計 ADXL355 就是滿足這兩個特性的不錯的選擇。當(dāng)然，只需要檢測 5 級以上的地震，可以選用功耗更低的 ADXL362。

此外，ADI 很早就布局了 TOF 3D 技術(shù)。ADI 以傳感器和前端芯片 ADDI903x 為核心的 3D ToF 技術(shù)方案，具備抗干擾性強（可以解決同一場景多機相互干擾問題）、窄脈沖高速全局曝光噪聲干擾小、高分辨率（640x480@30fps）、低功耗、探測距離遠(yuǎn)（支持最高 20m 的識別距離）等特點。可應(yīng)用于車內(nèi)傳感（手勢識別、駕駛員健康、乘員檢測、體態(tài)識別）、車外近距離人臉識別解鎖、車外遠(yuǎn)距離的輔助避障。”

可以看到，ADI 在傳感器領(lǐng)域布局已久，且擁有眾多產(chǎn)品系列。相較于行業(yè)對手或競品，ADI 存在哪些優(yōu)勢？

趙延輝舉例說道，在 IMU 檢測應(yīng)用中，傳感的輸出是由轉(zhuǎn)動引起的還是振動引起的，市面上很多傳感器分辨不出。這涉及到振動抑制特性的兩個參數(shù)，一個是振動整流誤差，一個是線性加速。ADI 的 IMU 產(chǎn)品振動抑制特性就非常好。假如使用在車?yán)?，它可以檢測車的轉(zhuǎn)動角度、車航向偏離多少；用在飛機上，航向角偏多少、俯仰角偏多少、跑了多少距離、以什么速度跑的都可以檢測出來。

當(dāng)前絕大多數(shù)農(nóng)業(yè)無人機或者行業(yè)內(nèi)的無人機使用的都是 ADI 的 IMU，主要原因就是 ADI 的 IMU 振動抑制特性非常好，因為對于需要連續(xù)飛行數(shù)小時無人機而言，需要的器件必須有非常好的振動抑制特性。假如這個指標(biāo)不好，無人機就無法實現(xiàn)懸停，進(jìn)而產(chǎn)生偏置，這在工業(yè)領(lǐng)域是無法接受的。由于成本和體積的原因，消費級無人機（例如掌上無人機）很少采用 ADI 的 IMU，雖然這類無人機都做了很復(fù)雜的減振處理，起初飛行很不錯，但隨著減振材料的發(fā)熱和老化，無人機操控就會變得復(fù)雜。

ADI 推出的器件級 IMU ADIS1650X 系列，與過去大模塊級 IMU 并沒有什么區(qū)別，里面有傳感器、信號處理，有各種各樣的溫度補償校準(zhǔn)。雖然在尺寸相較上一代縮小了 40%，但依然內(nèi)部采用的是差分結(jié)構(gòu)，具有非常好的振動抑制特性，可以應(yīng)用于無人機、農(nóng)業(yè)拖拉機以及自動駕駛等領(lǐng)域。該系列產(chǎn)品與友商的高精度產(chǎn)品相比，擁有 5 倍的動態(tài)范圍，可以適應(yīng)極端情況；2 倍的帶寬，可以捕捉急速的變化；10 倍以上的振動抑制特性改良；10 倍以上的低噪聲加速度傳感器改良。

ADI 在新興技術(shù)下的創(chuàng)新與機遇

2019 年是 5G 商用元年，5G 技術(shù)正在與大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)、云計算深度融合，助推醫(yī)療健康、智能汽車、智慧家居和工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)等領(lǐng)域的發(fā)展。據(jù)全球移動通信系統(tǒng)協(xié)會預(yù)測，到 2025 年，各大領(lǐng)域接入 5G 網(wǎng)絡(luò)并實現(xiàn)互連的設(shè)備將達(dá) 250 億臺。這些將在 5G 時代施展拳腳的設(shè)備，不論是消費端的手機、AR/VR 眼鏡、無人駕駛汽車，還是 5G 天線、5G 基站、云計算數(shù)據(jù)中心等基礎(chǔ)設(shè)施，背后都需要傳感器與連接技術(shù)的支持。

趙延輝表示，汽車和工業(yè)領(lǐng)域應(yīng)用是傳感器市場需求的“主旋律”。在汽車領(lǐng)域，2019 年 ADI 與 First Sensor AG 合作，共同開發(fā)旨在加速推出自主傳感技術(shù)的產(chǎn)品，服務(wù)于交通、智能農(nóng)業(yè)、工業(yè)制造及其他行業(yè)應(yīng)用中的無人駕駛汽車、飛行器和水下交通工具。作為合作的一部分，ADI 和 First Sensor 將開發(fā)更小尺寸的 LiDAR 信號鏈，以幫助制造商為其自主安全系統(tǒng)注入傳感和感知技術(shù)時，能夠?qū)崿F(xiàn)更高的系統(tǒng)性能以及更小的尺寸、更低的重量、功耗和成本。兩家公司還計劃開發(fā)面向汽車和工業(yè)制造應(yīng)用的其他 LiDAR 產(chǎn)品。

在工業(yè)領(lǐng)域，機器維護(hù)是工業(yè)領(lǐng)域非常重要的一塊。為加強狀態(tài)監(jiān)測解決方案在實現(xiàn)精確狀態(tài)監(jiān)測信息處理的領(lǐng)先優(yōu)勢，2019 年 10 月 ADI 宣布收購 Test Motors，這是一家專門從事電機和發(fā)電機預(yù)測性維護(hù)的公司。此次收購是 ADI 公司繼 2018 年成功收購 OtoSense 后在工業(yè)領(lǐng)域的又一重要舉措。OtoSense 是一家初創(chuàng)企業(yè)，開發(fā)了具有人工智能、能學(xué)習(xí)和識別聲音或振動的"傳感解譯"軟件。ADI 公司計劃將 OtoSense 的軟件與 Test Motors 的監(jiān)控功能相結(jié)合來創(chuàng)建解決方案，通過捕獲更廣泛的潛在故障為機器提供更先進(jìn)、全面的健康狀況監(jiān)測。通過收購 Test Motors 和 OtoSense，ADI 的狀態(tài)監(jiān)控方案能夠為客戶提供具備完整的早期異常檢測功能的系統(tǒng)，從而解決這一專業(yè)資源短缺的難題，避免意外且代價高昂的機器停機。

就目前來看，隨著智能化提升、數(shù)字化轉(zhuǎn)型的進(jìn)程，傳感器作為數(shù)據(jù)采集的終端，不再只是“感知”，也逐漸開始“思考”，傳感器融合逐漸成為行業(yè)趨勢。對此觀點以及傳感器在未來的發(fā)展方向以及創(chuàng)新趨勢，趙延輝表達(dá)了自己的想法：

傳感器融合是否能成為未來的發(fā)展趨勢，具體要看其應(yīng)用領(lǐng)域。例如工業(yè)領(lǐng)域中的很多應(yīng)用場景比較單一，山體滑坡、橋梁傾斜等，大多只需要一種傳感器就可以完成。在某些特定應(yīng)用中，如無人機的 GPS 定位，為了避免地磁干擾要單獨放到頂部，這種情況也不適合將多種傳感器放到一起。

傳感器的發(fā)展可以分成四個等級：第一等級將信號轉(zhuǎn)化出數(shù)字輸出或 PWM、電壓輸出；第二等級對傳感器做一些簡單的處理，比如把一個電荷或電容轉(zhuǎn)化成客戶想需要的 PWM 輸出的或 SPI 輸出的等；第三個等級將一些函數(shù)運算集成到器件里。ADI 作為半導(dǎo)體廠商，以上三個階段都做到了，而且每一層都有相應(yīng)的解決方案，針對不同的客戶都可以滿足。第四個階段就是數(shù)據(jù)針對不同行業(yè)的含義是什么，例如地震波的測量。未來，ADI 將有一些持續(xù)性的創(chuàng)新，與不同行業(yè)的客戶進(jìn)行深度的合作，為眾多垂直市場提供高價值服務(wù)。

傳感器領(lǐng)域的安全、挑戰(zhàn)與突破，何解？

此外，在有關(guān)傳感器安全性、穩(wěn)定性、可靠性等方面，趙延輝認(rèn)為，如果傳感器本身不可靠，輸出的信號沒有被準(zhǔn)確捕獲以作為高精度數(shù)據(jù)提供給上游，那么這些關(guān)鍵的傳感器將變得毫無意義，也正應(yīng)驗了那句話，如果輸入的是垃圾，那么輸出的也一定是垃圾。為了確保傳感器的可靠性，即使是最先進(jìn)的模擬信號鏈也必須不斷改進(jìn)，以檢測、獲取和數(shù)字化轉(zhuǎn)換傳感器信號，使其準(zhǔn)確度和精度不會隨時間和溫度的變化而發(fā)生偏差。采用合適的器件和設(shè)計方法，可以大幅緩解一些出了名的難題（如偏置溫漂、相位噪聲、干擾和其他不穩(wěn)定現(xiàn)象）。

以汽車應(yīng)用為例，ADI 在此早有規(guī)劃，傳感器模式、傳感器融合、信號處理和人工智能之間的這種相互作用，對具有智能和認(rèn)知能力的自動駕駛車輛的發(fā)展，以及保障駕駛員、乘客和行人安全都有著深遠(yuǎn)的影響。但是，如果沒有高度可靠、準(zhǔn)確、高精度的傳感器信息（這些信息是安全自動駕駛車輛的基礎(chǔ)），一切都毫無意義。過去 25 年來，ADI 一直致力于汽車安全和 ADAS 發(fā)展?，F(xiàn)在，ADI 正在為自動駕駛的未來奠定基礎(chǔ)。ADI 圍繞慣性導(dǎo)航、高性能雷達(dá)和激光雷達(dá)等領(lǐng)域的卓越積累，提供高性能傳感器和信號／功率鏈解決方案。這些解決方案不僅將大幅提高這些系統(tǒng)的性能，而且還將降低整個平臺的實施成本，從而加快我們邁向自動駕駛的步伐。

安全之外，隨著傳感器產(chǎn)業(yè)向著創(chuàng)新化、融合化、集群化以及智能化方向的快速發(fā)展，傳感器將變得更加小型化、人性化，人機交互更加友好等成為新的挑戰(zhàn)。ADI 可以提供全信號鏈的產(chǎn)品及方案，再加上專注市場研究的系統(tǒng)團隊，能給客戶帶來非常大的幫助。未來，ADI 會根據(jù)客戶的需求深耕某些領(lǐng)域，解決別人可能解決不了的問題，為客戶提供系統(tǒng)級的解決方案。

目前，縱觀市場格局，全球傳感器市場主要由美國、日本、德國等國家公司主導(dǎo)。美國、日本、德國及中國合計占據(jù)全球傳感器市場份額的 72%，其中中國占比約 10%。

中國市場相較于國外市場有哪些特點？存在哪些差距？趙延輝對此表示，中國擁有龐大的人口、市場和海量的數(shù)據(jù)應(yīng)用，是全球采用新技術(shù)速度最快的國家，這種速度與體量再加上越來越成熟的技術(shù)組合式創(chuàng)新，使得中國企業(yè)形成獨特的競爭優(yōu)勢。為更好的服務(wù)中國市場，ADI 加強了中國市場的決策權(quán)，以對中國的市場、客戶有快速的響應(yīng)。此外，半導(dǎo)體行業(yè)在小型化、低功耗驅(qū)動下，越來越多的客戶希望看到在芯片級別上就能夠把芯片和算法融合在一起，形成完整的子系統(tǒng)呈現(xiàn)給客戶。為此，ADI 專門面向中國市場成立了系統(tǒng)解決方案事業(yè)部，努力把基礎(chǔ)的模擬技術(shù)與系統(tǒng)級支持相結(jié)合，呈現(xiàn)出完整的解決方案，以確保用戶的大系統(tǒng)更先進(jìn)更穩(wěn)定。

對于公司接下來在傳感器領(lǐng)域的規(guī)劃和布局，趙延輝總結(jié)道：“高精度定位模塊是自動駕駛的標(biāo)配。ADI MEMS 技術(shù)已經(jīng)能夠提供精準(zhǔn)導(dǎo)航、自動控制的能力以及高精度的雷達(dá)影像技術(shù)。未來，我們希望把感知做得更高速更精準(zhǔn)，支撐未來自動駕駛的體驗。

5G 的落地會把 IoT 的應(yīng)用場景最終做成非常大的產(chǎn)業(yè)，但是在這個互聯(lián)的過程中，數(shù)據(jù)的采集是否夠精準(zhǔn)、夠可靠、夠有效很關(guān)鍵。所以傳感器如何提供更精準(zhǔn)、更可靠、更有效的數(shù)據(jù)，是將來 IoT 發(fā)展的核心，也是 ADI 的重要使命。各種各樣的傳感器技術(shù)、信號調(diào)理從模擬到數(shù)字的轉(zhuǎn)換技術(shù)，都是 ADI 未來想要為產(chǎn)業(yè)提供的重要保障。

ADI 愿意把技術(shù)放在前沿技術(shù)的開發(fā)，專注于創(chuàng)新技術(shù)，專注于引領(lǐng)很多邊界技術(shù)的發(fā)展。通過這些發(fā)展，再引導(dǎo)出來新的應(yīng)用，使能和賦能很多新的應(yīng)用。ADI 這種模擬到數(shù)字上的轉(zhuǎn)化或者數(shù)字到模擬的轉(zhuǎn)化，一代代性能技術(shù)的提升，其實是使能了很多新的技術(shù)和應(yīng)用。 ? ?另外， ADI 更傾向與代理商伙伴一起合作，共同來拓展和開發(fā)市場?！?/p>

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