物聯網時代，那些當紅的傳感器

摘要：據Gartner等市場分析機構預測，到2020年，世界上將安裝有300億個無線傳感器節點，未來十年，傳感器數量可能達到萬億級。本文通過對部分廠商和業內人士的采訪，探討了汽車、手機與平板電腦、工業等領域的傳感器發展趨勢。本文網絡版地址：http：∥www.eepw.corn.cn/article/263359.hnn

關鍵詞：傳感器；汽車；醫療；手機

DOI：10.3969/j.issn.1005-5517.2014.9.003

據中國電子信息產業發展研究院預測，未來五年國內傳感器市場年復合增長31%。汽車、物流、礦業探勘、煤礦安監、安防、RFID標簽卡領域的傳感器市場增長較快。其中，消費性產品與汽車行業對傳感器的需求量最大?？傮w來看，中國傳感器市場前景廣闊。汽車傳感器

ADI亞太區微機電產品市場和應用經理趙延輝：以MEMS為代表的智能傳感器技術得到了快速的發展。MEMS技術在未來發展的重點主要表現在以下幾個方面。

1.微型化的同時降低功耗。將會出現微米甚至納米級別的微型器件，同時降低功耗。

2.微型化的同時提高精度，將MEMS加速度計做到石英加速度計的噪聲特性，保證MEMS陀螺儀小體積的同時獲得光纖陀螺儀的零偏穩定性、且可提供遠優于光纖陀螺儀的抗沖擊特性。

3.集成化及智能化趨勢，即MEMS與Ic的集成制造技術及多參量MEMS傳感器的集成制造技術得到發展，以及在集成化基礎上使得信號檢測具有一定的自動化。這些趨勢要求半導體廠商提供更高精度、穩定性更好、更智能的高集成度MEMS傳感器模塊。基于此，ADI繼續將重點放在開發MEMS傳感器的核心技術，以提供最好的工業級加速度計和陀螺儀。同時，ADI還將繼續提供更多高集成度的MEMS傳感器，以適應不同市場的需求。

第三方公司的調研報告顯示，安全類汽車半導體部件的增長速度在汽車電子里是位于前列的。

在汽車主動安全領域，側翻與穩定性控制（ESC）是對當今主流安全系統的全新改進。需要MEMS加速度傳感器和角速度傳感器來感測車身姿態。同時，由于這樣的傳感器往往安裝在振動比較惡劣的位置，所以需要傳感器具有很高的振動沖擊抵御性。這是對MEMS傳感器的一個挑戰。ADI新一代的用于氣囊加速度傳惑器ADXL185/ADXL189/ADXL188/ADXL288，用于ESC和Rollover/Rollstability的角速度傳感器ADXRS800在內部集成了眾多的系統功能，比如自測、信號帶寬設定、門限觸發、對振動的優良抵御性等等。同時，數字化的接口，以及極高的集成度，能幫助客戶降低系統成本。

英飛凌科技（中國）有限公司中國區汽車電子事業部市場總監杜曦：英飛凌產品的特點是在傳感器、微處理器及功率驅動都有全面的半導體產品開發及制造工藝技術。基于英飛凌的硅MEMS技術、SiP、SoC及先進的封裝技術，其傳感器產品包括無線傳感與控制，如RKE、24G/77G雷達芯片：CMOS圖像芯片：磁電效應傳感器，如位置傳感器、速度傳感器、壓力傳感器及TPMS傳感器等。

為了滿足汽車行業在ISO26262對功能安全的要求，英飛凌推出了角度/位置傳感器的雙核版本，在imm厚的封裝里集成兩個同樣的傳感器，用于冗余設計，以配合客戶應用系統產品的軟硬件設計以達到最高到ASIL D功能安全等級，每一個核的傳感器有自己獨立的引腳，可進行獨立供電和信號處理：兩個核放在同一垂直平面，能很好地檢測水平位置的角度變化。

英飛凌的胎壓監測（TPMS）傳感器芯片集成了微處理器，信號處理及無線發射傳輸功能，采用單片式封裝，免于客戶的二次校驗，簡化了客戶的設計，很容易和客戶設計集成。物聯網傳感器

瑞士盛思銳（Sensirion）大中華區總經理李錦華：未來，不僅是傳感器的生產和比重會增加，而且在云端的傳感數據和物聯網的集成都會呈爆炸性的增長。這將對人類生活的各方面和每一個行業產生巨大的影響：同時也意味著人們對健康、舒適和能源效率等領域有了更高的要求。因此，盛思銳的策略并不是局限于單一的市場環境。另外，傳感器，尤其是環境監測傳感器，除了高精度的要求外，還必須思考如何將傳感器向更加小型化、低功耗和一體化推進。

盛思銳多年來專注于研發和生產溫濕度傳感器、氣體和液體流量傳感器和差壓傳感器。并且是全球首家采用晶圓級芯片封裝的溫濕度傳感器生產廠家。盛思銳的傳感器是基于其創新性的CMOSens。核心專利技術，將敏感元件與信號處理電路一起集成在一個微小的CMOS硅芯片上。這一技術與先進的半導體技術相結合，將微傳感器結構設計在特殊研發的已經獲得專利的半導體元件上。此傳感器芯片可以對所需的物理量如相對濕度、溫度、或質量流量進行精確可靠的測量。

盛思銳推出了里程碑式的晶圓級芯片封裝溫濕度傳感器SHTW1，該產品不僅具備數字式溫濕度傳感器的常規功能，其超小尺寸（1.3×0.7×0.5mm）以及1.8V的供電和超低功耗的特性使其為可穿戴設備和移動設備上的應用鋪平了道路，從而使環境監測融入我們的生活。

到目前為止，盛思銳也是唯一一家可同時提供高端傳感器硬件、驅動、軟件解決方案、應用程序以及云服務等一體化方案的生產廠家。

Microchip家電解決方案部高級經理兼云支持項目組組長Mike Ballard：目前，我們能看到許多領域的應用傳感器的需求，例如煙霧/一氧化碳探測、能耗測量、用戶界面以及脈搏血氧儀等醫療檢測應用。

近年來，Microchip針對物聯網市場提供免費的軟件協議棧，也在Bluetooth和Wi-Fi等核心技術方面做了一些戰略性的收購，在IoT市場占據重要地位。公司現有的8位、16位和32位PIC單片機能很好地適用于這一市場，在當今眾多loT產品中均能找到它們的身影。

舉例來說，Microchip提供實現IoT功能的嵌入式Wi-Fi和Bluetooth。模塊、它們可與190余款采用超低功耗（XLP）技術的PICMCU配合使用。這些XLP MCU提供低至9nA的休眠電流和低至30μA/MHz的運行電流，其低功耗外設結合多種低功耗模式，可構建長時間電池供電的IoT節點。這些均滿足了IoT應用的低功耗需求。

飛思卡爾Sensor及消費類電子產品市場推廣經理高小龍：根據MEMS傳感器的設計原理及技術參數的不同，飛思卡爾將傳感器主要分為五類：加速度傳感器、電子羅盤、氣壓計、陀螺儀、觸摸傳感器。

飛思卡爾的創新產品有：

·MMA9555：MCU+LOW-G二合一的智能傳感器，內部集成計步器、睡眠監控和手勢識別算法：

·FXAS21002：超低功耗陀螺儀（～2.6mA（Active），1.5mA（Ready），2μA（Standby）。

可用于如下案例。

·智能手環：基于FXLC95000（MCU+LOW-G二合一）的智能手環參考設計，除了支持計步器、睡眠監控和手勢識別外，還將集成飛思卡爾SENSOR FUSION算法支持更多的傳感器應用。

·空中鼠標：基于FSLMCU+SENSOR的空中鼠標參考設計，支持藍牙通訊及各種傳感器應用。

光傳感器

Intersil公司高級營銷經理NareshShetty：無源和有源光傳感器（如環境、RGB及接近傳感器）將在幫助顯著提高IoT（物聯網）的效率和改善整體用戶體驗方面發揮重要作用。

理想IoT傳感器的特征是在系統中占用空間小，可隱藏并可最大限度方便整合進任何產品。極低功耗：工作模式下為μW級，睡眠模式下為nW級。只有使用針對特定應用優化的光傳感器才能得到最佳特性組合，只應當整合需要的功能，以最大限度降低實現成本。

Intersil的光傳感器用于智能手機、可穿戴設備、汽車、工業及家庭自動化。其傳感器系列包括RGB傳感器：這些傳感器可用作環境光傳感器，來測量光的強度，另外還提供相關色溫參數。Intersil的傳感器系列還包括用于檢測物體的接近傳感器和用于監測光強的單獨環境光傳感器。所有這些光傳感器均可改善用戶體驗和幫助實現最終產品的新特性。

例如，將光傳感器嵌入移動電話和可穿戴設備會使這些設備更加智能和高效。在這些終端設備中，光傳感器的主要功能是改善整體系統電源效率和改善用戶體驗。但是，帶有嵌入式傳感器的智能手機能夠輕易變成可提供脈搏血氧飽和度監測功能的健康監測系統或用于測量空氣中是否存在危險氣體的氣體監測儀，或者通過充分使用光傳感器功能而變成游戲控制臺。

在汽車領域，光傳感器能夠增強駕駛員輔助功能，使已的有安全功能更加有效。它們能夠在車輛行駛中有選擇地提供信息娛樂系統訪問權限，并根據環境光條件改變背光亮度。

我們的工作環境也很有可能通過使用更智能的設備得到改善。許多研究的結果表明，藍色激勵想象力、黃色激發創造力、紅色影響身體、綠色讓人平靜。但僅僅選擇光的顏色是不夠的。比顏色更重要的是光的飽和度和強度。高飽和度、明亮的顏色有刺激性，而柔和、暗淡的顏色有鎮靜作用——不妨想象這樣一個世界：互連設備能夠監測人的情緒狀態并通過改變光照條件來使人的精神平衡，從而提高工作者工作效率。將RGB傳感器整合進照明系統有助于實現這種思想前衛的工作場所。

CMOS圖像傳感器

東芝：當前的圖像傳感器市場主要是面向智能手機和數碼相機，銷售規模將近8000億日元。未來的增長因素預計將包括汽車應用，以及為現有應用帶來更高的性能水平的相關技術。

隨著智能手機和平板電腦趨于薄型化、輕盈化和精致復雜化，半導體廠商需要不斷地縮小CMOS圖像傳感器尺寸和提高分辨率。但是，降低CMOS圖像傳感器的像素間距會導致入射光強度的降低，進而導致靈敏度下降而不能滿足要求。背面照射（BSI）傳感器通過器件背面的光電二極管來直接捕捉通過微透鏡和濾色片之后的入射光，避免了傳統的正面照射（FSI）傳感器中布線層對光的反射。所以，BSI圖像傳感器能比FSI圖像傳感器能收集更多的光，從而具備更好的靈敏度。東芝已開發成功1.12μm像素系列BSI圖像傳感器，從1080p，8M，13M到20M分辨率。

東芝獨有的CNR彩色降噪技術有效地提高了信噪比，而又不會降低清晰度，已在8M1/4″的T4K35和13M 1/3.07″的T4K37上實際應用并量產。HDR（高動態范圍）是一種通過擴大淺色調和深色調的范圍來自然拍攝高對比度場景的功能。東芝已經開發出了適用于視頻和靜態圖像的單幀HDR技術。采用隔行曝光，同時拍攝隔行曝光時間不同的照片，然后將其合成為一個單一的HDR圖像，有效地抑制了多幀HDR易產生的圖像模糊和偽彩色，從而實現了平滑清晰的視頻錄像。

由于錄制高速視頻需要在較短的時間內曝光，往往會導致圖像曝光不足。為此，東芝最新開發了“明亮模式”（Bright Mode）技術。通過采用隔行視頻輸出，“明亮模式”可以使曝光時間增加一倍：“明亮模式”還采用電荷像素組合功能，可以使輸出的每個像素的電荷翻倍。這兩項技術使圖像的亮度達到未采用“明亮模式”的CMOS傳感器的四倍。另一方面，在保持錄制圖像亮度不變的情況下，“明亮模式”可使錄制視頻幀率達到未采用“明亮模式”的CMOS傳感器的兩倍，該技術可以實現相當于240fps（業界最高幀率）的全高清視頻錄制，并可實現高質量的、流暢的慢動作回放，為用戶帶來新的體驗。其代表產品為T4K82，具有13M像素、1/3.07英寸光學格式的高速CMOS圖像傳感器。

人機界面交互

Synaptics（新思）國際智能顯示屏事業部高級副總裁兼總經理KevinBarber：因觸控技術和指紋識別正好迎合了安全和易用的需求趨勢，正在成為智能手機的標配，如基于指紋識別的移動支付就將帶來巨大商業前京。

Synaptics擁有多種人機界面解決方案技術積累。觸屏方面，ClearPad系列和TouchPad系列解決方案支持從入門級手機到旗艦高端智能手機、平板電腦和筆記本電腦設備的觸摸屏解決方案。指紋識別技術方面，Natuzal ID指紋傳感器技術可實現智能手機、平板電腦和筆記本電腦的身份驗證、移動支付和觸控導航。

隨著移動支付業務興起，svnaptics于去年10月收購了全球生物指紋身份驗證解決方案的領先供應商Validity，通過此次收購，synaptics成為高速增長的生物識別市場的重要一員，可為用戶提供一種全新的人機交互方式。

奧地利微電子公司中國區總經理張建臣：我們創新的模擬傳感器解決方案有幾個具體案例：

1.智能手勢識別功能為智能手機、平板電腦和筆記本電腦的用戶界面控制提供理想之選。2.環境光/接近傳感器實現了顯示屏亮度的自動調節，并在必要時關閉顯示屏以最大程度地降低對電池壽命的影響。3.獨特的放大器技術大幅度減小天線尺寸，實現從電話到可穿戴設備NFC支付的可靠性和安全性。

參考文章：

[1]李健MEMS遇見傳感器，改變生活就此開始電子產品世界12013（10）：9

[2]Schmltz T.光傳感器在手持設備中擺放位置的幾點考慮電子產品世界，2013（9）：68

[3]Munns S.面向國防應用的安全和可靠無線傳感器網絡電子產品世界，2013（10）：15

[4]Stanley M MEMS、MCU和傳感器融合的平衡電子產品世界2013（12）：32

[5]王瑩溫濕度傳感器做到極致，可為手機、白電、物聯網帶來酷炫體驗電子產品世界，2014（5）：62