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伴隨以AI、5G 以通信和大數(shù)據(jù)為代表的智能時代即將到來，傳感器作為一個重要的基本電子元件，它正處于快速發(fā)展階段。預(yù)計在半導(dǎo)體優(yōu)惠政策和下游應(yīng)用領(lǐng)域的推動下，傳感器行業(yè)前景可期MEMS 傳感器以市場為例，根據(jù)Yole Development 預(yù)測，2021-2027 年，全球MEMS市場規(guī)模將從136開始 增長到223億美元 復(fù)合增長率達(dá)合增長率達(dá)9%。

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傳感器產(chǎn)品種類繁多，場景應(yīng)用是影響產(chǎn)品設(shè)計的關(guān)鍵因素，如目前ADI已擁有MEMS慣性器件、MEMS麥克風(fēng)、MEMS時鐘、MEMS濾波器以及MEMS豐富的傳感器，如開關(guān)滿足汽車、工業(yè)、醫(yī)療等場景需求的產(chǎn)品線。廣泛使用ADI MEMS以加速度計為例，根據(jù)不同的應(yīng)用場景，重點關(guān)注范圍、功耗、噪聲等維度，然后監(jiān)測物體的加速度、旋轉(zhuǎn)、傾斜角、沖擊、振動等狀態(tài)，提供數(shù)據(jù)分析支持。

消費(fèi)電子市場的疲軟確實對傳感器的出貨量有一定的影響，但智能汽車、數(shù)字工廠、能源清潔和醫(yī)療智能也給傳感器市場帶來了前所未有的機(jī)會。以慣性MEMS 以傳感器為例：汽車電氣化帶來電池碰撞檢測機(jī)會，智能帶來輔助導(dǎo)航和穩(wěn)定控制機(jī)會；工廠數(shù)字化帶來振動監(jiān)測機(jī)會；能源清潔帶來各種水電、風(fēng)電、光伏、核電設(shè)備的安全監(jiān)測和姿態(tài)監(jiān)測；醫(yī)療智能也帶來了慣導(dǎo)手術(shù)機(jī)器人等機(jī)會。然而，這些產(chǎn)品和機(jī)會不同于消費(fèi)電子市場所需的新功能。他們更注重穩(wěn)定性、精度、功耗、體積、全溫性能等，這對傳感器制造商的研發(fā)和質(zhì)量控制提出了更高的要求。對于擅長技術(shù)的公司來說，這是一個很好的發(fā)展機(jī)會。

1 低功耗是基本需求

許多應(yīng)用程序?qū)�功耗有終極的追求，如心臟起搏器、畜牧業(yè)、陣列位移計應(yīng)用程序等，但對功耗的追求必須基于其他性能來滿足要求。例如，陣列位移計的應(yīng)用要求加速度計必須有足夠低的噪音和足夠好的穩(wěn)定性。當(dāng)然，由于電池或太陽能電極板的供電，對設(shè)備的功耗也有很高的要求。但要知道，精度和功耗就像魚和熊掌，很難兼得。因此，在充分理解應(yīng)用場景后，必須設(shè)計低功耗產(chǎn)品，如ADXL355 是陣列位移計中的低功耗責(zé)任，ADXL367 更適合心臟HelixSemiconductors代理格斗、畜牧業(yè)和可穿戴產(chǎn)品的應(yīng)用。當(dāng)然，低功耗也離不開后端技術(shù)的支持。未來，低功耗產(chǎn)品應(yīng)朝著定制化和智能化的方向發(fā)展。只有這樣，才能實現(xiàn)真正的系統(tǒng)級低功耗。

增加可穿戴設(shè)備的功能意味著在保證性能的同時，實現(xiàn)小體積、低功耗。同時，要考慮提供更豐富的產(chǎn)品組合，以滿足不同用戶的差異化定位，否則盲目提高集成度可能會導(dǎo)致成本上升，這對價格敏感的可穿戴設(shè)備是不可接受的。此外，如果沒有足夠的集成，更高的集成意味著更高的競爭門檻IP 積累，很難陪客戶走得更遠(yuǎn)。ADI 在該領(lǐng)域有PPG(光電容積描述)，ECG(心電圖)、身體阻抗分析、皮膚電活動、運(yùn)動傳感、溫度檢測、環(huán)境監(jiān)測技術(shù)已收集7顆龍珠。對于可穿醫(yī)療設(shè)備，如PPG追求更高的SNR抑制環(huán)境光的能力，ECG測量中的干電極問題；身體阻抗分析BIA 接觸阻抗問題；運(yùn)動計步中的混合問題等。傳感器的迭代將繼續(xù)改進(jìn)這些性能，簡化用戶的設(shè)計和使用。

醫(yī)療可穿戴傳感器的降噪、信號采集和補(bǔ)償?shù)染�度指�?biāo)不斷改進(jìn)。例如，在一些類似于心臟起搏器或心臟條件監(jiān)測的應(yīng)用程序中，醫(yī)生將配備低功耗傳感器，以超低噪聲模式捕捉非常小的心臟變化。如果噪聲密度足夠低，則可以捕獲非常小的信號。

增加可穿戴設(shè)備的功能意味著在保證性能的同時，實現(xiàn)小體積、低功耗。同時，要考慮提供更豐富的產(chǎn)品組合，以滿足不同用戶的差異化定位，否則盲目提高集成度可能會導(dǎo)致成本上升，這對價格敏感的可穿戴設(shè)備是不可接受的。此外，如果沒有足夠的集成，更高的集成意味著更高的競爭門檻IP 積累，很難陪客戶走得更遠(yuǎn)。ADI 在該領(lǐng)域有PPG(光電容積描述)，ECG(心電圖)、身體阻抗分析、皮膚電活動、運(yùn)動傳感、溫度檢測、環(huán)境監(jiān)測技術(shù)已收集7顆龍珠。

例如，可穿戴醫(yī)療設(shè)備PPG 追求更高的SNR抑制環(huán)境光的能力，ECG測量中的干電極問題；身體阻抗分析BIA接觸阻抗問題；運(yùn)動步驟中的混合問題等。傳感器的迭代將繼續(xù)提高這些性能，并簡化用戶的設(shè)計和使用。

醫(yī)療可穿戴傳感器的降噪、信號采集和補(bǔ)償?shù)染�度指�?biāo)不斷改進(jìn)。例如，在一些類似于心臟起搏器或心臟條件監(jiān)測的應(yīng)用程序中，醫(yī)生將配備低功耗傳感器，以超低噪聲模式捕捉非常小的心臟變化。如果噪聲密度足夠低，則可以捕獲非常小的信號。

未來，醫(yī)療可穿戴傳感器技術(shù)將向低功耗、高靈敏度、多傳感器集成、生物兼容性好的傳感器材料發(fā)展，具有以下特點。

超低功耗：功耗對用戶體驗至關(guān)重要，越低越好；低靜態(tài)電流芯片有利于實現(xiàn)低功耗，延長待機(jī)時間。

高可靠性：適應(yīng)各種環(huán)境；良好的機(jī)械設(shè)計，防止設(shè)備損壞；有時需要防水。

尺寸小：包裝越小，集成度越高，外部元件越少越好。

連接功能：低功耗藍(lán)牙，Wi-Fi 訪問其他智能設(shè)備；自動升級數(shù)據(jù)同步和應(yīng)用程序。

2 人工智能和傳感器

傳感器與人工智能的結(jié)合是大勢所趨，但不應(yīng)簡單地堆砌。客觀地說，用戶希望傳感節(jié)點更智能，這簡化了數(shù)據(jù)傳輸?shù)囊�求，減輕了數(shù)據(jù)處理中心的負(fù)擔(dān)，大大提高了實時性。主觀上，芯片制造商也愿意整合更多的邊緣計算能力和軟件處理，更豐富的功能可以保持更理想的平均價格。但是，如果你只是簡單地將各種功能集成到一個設(shè)備中，而不是從最終應(yīng)用的角度來看，你可能只會事半功倍。例如，為所有傳感器添加一個強(qiáng)大的功能AI 核心，可能是功能的浪費(fèi)，其次是不必要的成本增加和功耗增加。只有從客戶應(yīng)用的角度，通過數(shù)據(jù)積累，集成相應(yīng)的算法解決方案，降低用戶的使用門檻，傳感器和人工智能的結(jié)合才能被更廣泛的市場采用。

基于幾十年的深度積累，ADI 對智能傳感器的演進(jìn)有獨(dú)到見解。面對未來智能傳感器的核心應(yīng)用領(lǐng)域-邊緣計算，ADI 提出了智能邊緣的戰(zhàn)略重點，在數(shù)據(jù)生成的源頭上更好地解釋現(xiàn)實世界，形成有洞察力的操作。傳感器在現(xiàn)有勢中，傳感器 數(shù)字信號處理、微控制器、AI/ML 從硬件、軟件兩個維度出發(fā)，加速器等功能不斷提高傳感器的智能化水平。通過構(gòu)建和交付模擬、數(shù)字和軟件整體解決方案，幫助客戶解決不同場景的應(yīng)用挑戰(zhàn)，成功實現(xiàn)現(xiàn)實、智能工廠、智能能源等智能應(yīng)用。

從技術(shù)角度、低成本、復(fù)雜的系統(tǒng)領(lǐng)域，應(yīng)用程序?qū)�對模塊有更強(qiáng)的需求。例如，航空航天領(lǐng)域?qū)�可靠性要求較高，設(shè)備應(yīng)滿足要求DO-178、DO-254 在行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)中，集成度越高，就越有可能簡化用戶設(shè)計，降低客戶端出現(xiàn)問題的可能性。再比如消費(fèi)品或者消費(fèi)品。To C對價格極其敏感的產(chǎn)品會更裸die 封裝和測試成本的降低對用戶也很有吸引力。另一個例子是農(nóng)業(yè)自動化或工程機(jī)械無人駕駛領(lǐng)域，需要集成許多傳感器和復(fù)雜算法，也考慮不同使用場景的精度，如道路顛簸、早晚溫差、長期穩(wěn)定性等，所以集成傳感器、信號調(diào)節(jié)、溫度測試、全溫補(bǔ)償模塊將用一半的努力得到兩倍的結(jié)果。ADI的MEMS IMU研發(fā)生產(chǎn)是基于這種市場需求。

(本文來源《IC2022年10月代理雜志