ADI:主攻MEMS高精度定位及長距離ToF技術

55年前,畢業於麻省理工(MIT)的兩位ADI創始人在庫房裡創建了這家模擬半導體公司。最早,ADI只是把容阻感、晶體管集成到一個封裝模塊裡,後來將放大器這個“小三角”用起來,變成了ADI的LOGO且一直沿用至今。2019年,ADI進入中國市場25年,期間見證了中國半導體市場的崛起與變遷……

ADI:主攻MEMS高精度定位及长距离ToF技术

“超越摩爾”戰略

第四次工業革命,圍繞著人工智能、大數據等技術展開,它將電子產業需求升級的元素充分展現出來。在12月12月“ADI中國25週年”媒體溝通會上,ADI系統解決方案事業部總經理趙軼苗表示,ADI的核心使命在於,建立一個物理世界和數字世界的橋樑。

ADI:主攻MEMS高精度定位及长距离ToF技术

ADI中國25週年

在強勢的模數轉換器基礎上,ADI通過併購實現了能力的邊界拓展。2014年收購訊泰科技,讓ADI的RF實現了0-110GHz的能力範圍,在微波、毫米波等技術上有完整的產品線支撐客戶的產品開發;2017年完成對凌力爾特的收購,合併後的年度營收僅次於TI,成為全球第二大模擬半導體芯片公司。產品線互補效應覆蓋了大中小客戶市場。

在半導體領域,摩爾定律一直是重要的驅動因素。自1995年起,幾乎每隔18-24個月就能實現晶體管數量翻一倍。目前,3nm工藝已在積極研發中。然而,數字的邊界已靠近物理極限,很難再有突破。對此,ADI提出了“More than moore”戰略。

ADI:主攻MEMS高精度定位及长距离ToF技术

ADI系統解決方案事業部總經理趙軼苗

“我們認為其存在多個維度,一是基於高密度的數字SoC工藝,它可以基於納米級工藝做更多的系統集成,我們叫SoC;二是把模擬和不同芯片封在一起,形成SiP的解決方案。”趙軼苗說,將來SoC和SiP整合在一起的方案,能夠多維度幫助ADI解決更多難題,形成更高的價值。這是ADI在“More than moore”戰略的考量。

ADI有多樣性的產品和技術解決方案,一是MEMS方案,包括四個關鍵的技術演進:(1)陀螺儀慣導類產品,ADI的目標是拓展高精度,全面校正的同時把體積做小;(2)超低噪聲,ADI可把整個加速度檢測的噪聲干擾抑制做到最低,且保證產品有十年以上的生命週期;(3)超低功耗,ADI推出的產品能在很小電池供電環境下工作27到30年;(4)耐高溫,ADI具備將溫度拓展至175℃的產品,適應地質勘探等惡劣環境的需求。

其中,ADI低噪聲加速傳感器能實現非常低頻的智能監測,同時在各種帶寬、加速度(最高500G的加速度)及抗強力衝擊的方面有非常好的表現;ADI還一個多樣化的工藝技術是隔離,如光隔離、電容隔離,ADI也是唯一一家提供磁隔離的芯片技術公司。

2008年對ADI來說是一個轉折年,它做了組織結構的變化——把半導體技術、系統的算法和應用結合起來,在消費電子、醫療電子、新能源、汽車電子、通訊基礎設施、工業自動化等方面形成自己的發展模式。

在5G通訊裡面,ADI最早把濾波器、射頻LNA、PA以及高速DAC等集成在一顆芯片裡,得以實現所有的RF頻點、帶寬、噪聲水平等進行軟件配置;其光通訊產品,可提供豐富的模擬信號實現客戶高密度的光通信技術;藉助5G帶來的測試和儀器儀表的機會,ADI器件和技術得到充分應用。

在汽車電動化方面,ADI的優勢在於對BMS的測量精度,其芯片裡集成了非常高精準度和穩定度的基準,可實現對電池監控長期的高精度,同時在前端高壓技術支持16串、18串甚至更高串數的串聯監測。除了傳統產品,今年ADI會推出第五代BMS芯片——SCOUT芯片,它支持12、8、6串的監測,還可以通過不同的排列組合進行串數要求。

在電動化方面,ADI跟國內比亞迪、上汽等車廠以及寧德新時代等電池廠商有合作。除了在BMS的電池管理領域涉足,還包括電池化成測試相關技術以及測量技術。針對自動駕駛的雷達技術,ADI在高速ADC上有非常好的產品。在自動駕駛、自動導航方面,車自帶的監測需要ADI更小體積、更短時間漂移及更高精度的場景來做支撐。

消費電子和醫療一個重點是ANC技術,ADI同聲學與去噪算法供應商保持著緊密合作,推出了很多基於ADAU1787的去噪產品,“功耗更低、體積更小、質量更好”是終極目標。

醫療和可穿戴設備一直是ADI堅持的方向。在TOF方面,當前產品主要圍繞CCD的TOF技術,將來會進入到更高精度、更低功率的TOF領域。在X光技術上除了ADAS1256、ADAS1258等產品,將來還會進入X光的基礎技術層面。

MEMS:定位安全的最後一道屏障

隨著5G時代的到來,萬物互聯的實現指日可待,而萬物互聯中的每一個物都需要精確定位。2019年10月底,中國移動投入3億多人民幣採購了4000多個基站用於高精度位置服務。而這些離不開MEMS技術的支撐。

ADI亞太區微機電產品線總監趙廷輝

定位技術和MEMS有什麼相關性?ADI亞太區微機電產品線總監趙廷輝表示,海量連接需要精確的位置,而這離不開慣性導航。而當前,衛星導航的誤差較大,如北斗3的精度在2.5米到5米,而一般的行業精度要求不超過20釐米,這種情況只能靠慣導,而慣導依靠的就是MEMS技術。

“慣導或者MEMS技術,是定位安全的最後一到屏障。”趙廷輝表示,儘管沒有衛星導航也還有機器視覺、雷達等技術提供定位功能,但這些技術非常依賴外部環境,如衛星導航必須看到衛星才能導航,雷達容易受到霧霾的干擾。另外,在強光或黑暗環境下,視覺技術也難提供準確定位。只有慣導IMU,不依賴於任何外部環境,它是定位安全的最後一道屏障。

ADI的IMU可在各種高低溫變化、各種顛簸的路面等極端環境下做準確的定位輸出。截至2019年,ADI已經發布了器件級大小的IMU,具備高精度定位、小體積、低成本的特性。

ADI和友商比有哪些優勢呢?“我們的IMU所用的內核傳感器,振動抑制特性非常好。理想情況下,它可以檢測車的轉動角度是多少,車航向偏了多少,或者飛機航向角偏了多少,俯仰角偏了多少,跑了多少米,以什麼速度跑的,這些都是可以檢測出來的。但問題是,正常情況下能檢測飛機轉向角度,但致命的一點是很多傳感器分辨不出,傳感器輸出是由轉動引起的還是振動引起的。”他說。

振動抑制特性有兩個參數,一個是振動整流誤差,一個是線性加速度。如果振動抑制特性指標不佳,無人機就懸停不住或產生偏置,在工業領域裡面是不能接受的。新興的趨勢在於,要有一些集成式的智能節點,如傳感器能夠24小時做檢測,這就需要體積更小、更低成本、更低功耗的MEMS傳感器來實現。

跟友商對比,ADI可以把MEMS傳感器集成各種信號調理,提供完整振動的解決方案,以改善客戶的需求。總之,ADI是業界最早把MEMS技術實現商用的公司,1987年開始做相關投入,1991年實現了用MEMS替代傳統的氣泡解決方案做進安全氣囊裡,2019年又發明了CLHP IMU,隨著北斗各種定位方法及5G的發展,大量的位置服務使它們變成了可能。

ToF:適用於30米外的長遠距離

近幾年,ToF技術炙手可熱,諸多半導體原廠爭相佈局。

手機需求由單攝轉變成雙攝,雙攝即模擬人的雙目,實現深度信息的提取。但雙目難以很精確提取深度的數據,因此出現了結構光。結構光發展已有十年。結構光對比雙目,可以得到準確的距離信息,但不足在於,結構光只適用於近距離(1.2米以內),且是特定場景下3D數據信息採集的應用。

ToF相比結構光以及雙目技術,適配範圍更廣,可覆蓋到遠距離,且可提取到準確的深度信息。目前,很多廠商已從雙目、結構光慢慢轉到ToF技術上,這是為何ADI在ToF技術持續投資的原因。

ADI ToF技術發展時間軸:2014-2016年,為國外某知名AR眼鏡定製ToF技術,2016年產品成功落地,並在該眼鏡中實現人機交互和3D重建功能;2016-2017年,ToF技術用於車內手勢識別,2019年初搭載該技術的汽車發佈,2018年做進國內某品牌手機,2019年初成功落地發佈。

ADI系統應用工程經理李佳

“3D技術涵蓋了從光學到電學,再到算法,需要上下游廠商配合。”李佳表示,ADI的ToF技術可以適配在汽車領域,主要分為三大方向:一個是車內,適配距離達到40到200cm,主要用在手勢操控、駕駛員跟副駕駛及後面乘客體態的監控。目前歐洲一些車廠已經形成相關標準了,旨在意外發生時,保險公司可還原司機或乘客當時的狀況,這是ToF在車內作為重要產品發展的關鍵。

在車外近距離的應用主要體現在人臉解鎖方案。3D技術用於活體的信息採集,在人臉支付這樣敏感、安全要求較高的應用中,3D技術是一種近乎強制性的引入技術。ToF相對於其它應用方案最大的特點在於探測遠距離的應用, ADI的ToF可以實現20米的探測距離。

對於ToF來講,還有一個非常重要的應用領域在於體積測量。“我們需要長寬高的數據,ToF是非常好的應用場景,我們可以用ToF的3D技術快速把對象的三維信息採集到,從而快速計算出其體積。在物流行業,體積對於計算包裹費用是很關鍵的因素,甚至大於重量。”李佳說。

ADI的方案因為有很強的感光度,因此非常適合於戶外的遠距離應用,目前,合作伙伴用ADI的方案實現了從人臉支付到中距離20米、遠距離30米的應用場景的拓展與覆蓋。

聚焦醫療應用三大板塊

亞洲是全球半導體增長的主要驅動力,中國是亞太區關鍵的承載半導體快速增長國家。亞太包括中國的醫療市場、醫療器械還處於中低端,未來有很大潛力往中高端增長。

目前,中國醫療領域一個重要的政策驅動力在於,互聯網醫療或遠程醫療將進入醫保,在2019年的Q3,衛紀委、醫保局出臺了政策,相關的互聯網醫療要進入醫保,要求各地衛生部門制訂價格政策,這意味著國家希望把慢病管理或者遠程診療增長起來,因為中國已進入了老齡化階段。

基於主要市場和產品趨勢的判斷,遠程監護、具有臨床精度健康監測功能的智能可穿戴會呈現爆發式的增長,且院內會更多往院外轉移,比如健康患者會佩戴一些心電、血氧的監護設備,上傳數據到雲端,方便醫生進行遠程的判斷,這是未來的趨勢。

ADI在醫療方面的市場佈局分成三大塊:智能可穿戴、傳統院內醫療影像及監護市場、體外診斷市場。

ADI中國區醫療行業市場總監彭智峰

ADI中國區醫療行業市場總監彭智峰表示,醫療健康分為以下幾個步驟:預防、診斷、治療、疾病管理。根據公開數據,智能可穿戴2019第一季度全球出貨量4960萬臺,中國市場已成為全球第一大的智能可穿戴市場,最關鍵的功能就是健康監測功能。

“一旦健康監測功能具備很強的粘性,那麼可穿戴設備就不再是一個玩具,而變成一個剛需了。” 彭智峰說,ADI在體徵信號的應用有幾大特徵,比如針對心率、心電、血氧,ADI有傳感器,包括體溫、阻抗、光學等技術,從模擬信號處理,到數字信號處理,到無線通訊,再到算髮,是一個完整的信號鏈。

未來在可穿戴應用場景下,原來屬於消費級別的電子產品,可能也需要往診療級性能上靠,這樣才能完成原始的使命,最終在院外也實現慢病管理或者遠程醫療,最終的價值就在這裡。

“在X光、CT、超聲這幾大子系統,ADI都有成熟且高性能的解決方案,這是為何ADI在醫療影像領域一直佔有領先優勢的原因。院內的臨床高精度設備對技術標準要求極高,同時要求很強的技術服務和響應能力,這也是ADI的優勢。”彭智峰說。

據悉,在體外診斷設備之中,得益於收購了凌力爾特的技術,ADI的方案可以順利打入體外診斷設備當中。


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