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(guó)家競(jìng)相發(fā)展的高新技術(shù)，也是國(guó)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(guó)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(jì)數(shù)據(jù)顯示，2018 年全球傳感器行業(yè)市場(chǎng)規(guī)模已突破 2000 億美元，未來(lái) 5 年全球傳感器市場(chǎng)將保持 8%左右的速度增長(zhǎng)，到 2024 年市場(chǎng)規(guī)模將會(huì)達(dá)到 3284 億美元。

可見，傳感器的春天正在到來(lái)。

在此之際，與非網(wǎng)推出《傳感器的創(chuàng)新之旅》專題活動(dòng)，圍繞行業(yè)公司在傳感器領(lǐng)域的布局、趨勢(shì)、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(dòng)。

ADI 在傳感器市場(chǎng)的布局和優(yōu)勢(shì)

ADI 亞太區(qū)微機(jī)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(yùn)動(dòng)、溫度、光學(xué)和磁場(chǎng)等物理特性的感測(cè)。每款 MEMS 加速度計(jì)、陀螺儀、慣性測(cè)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(hào)調(diào)理技術(shù)。

ADI 亞太區(qū)微機(jī)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(lái)由 ADI 低功耗 MEMS 加速度計(jì)廣泛應(yīng)用于智能手表手環(huán)、計(jì)步器等運(yùn)動(dòng)檢測(cè)裝備，再到能夠支持到 175 度高溫的 MEMS 加速度計(jì)和最高可以做到 500g 震動(dòng)加速度檢測(cè)的振動(dòng)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(diǎn)方向是慣導(dǎo)（IMU）、MEMS 加速度計(jì)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(wú)人駕駛需要精確的位置信息，精確的位置信息大部分來(lái)自 GPS 或者北斗，當(dāng)這些信號(hào)被遮擋的情況下，比如地下車庫(kù)自動(dòng)停車這樣的場(chǎng)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(zhǎng)時(shí)間穩(wěn)定度越來(lái)越高。在慣性導(dǎo)航產(chǎn)品系列上，ADI 針對(duì)高精度位置服務(wù)推出 ADIS1650X 系列 IMU，相比上一代產(chǎn)品來(lái)說(shuō)，其在保持高性能的同時(shí)，在尺寸上進(jìn)一步縮小了 40%，并且達(dá)到了工業(yè)級(jí)的標(biāo)準(zhǔn)，該系列產(chǎn)品實(shí)現(xiàn)了業(yè)界領(lǐng)先的 MEMS 技術(shù)與信號(hào)調(diào)理技術(shù)的完美結(jié)合，可提供優(yōu)化的動(dòng)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(wú)人駕駛核心的傳感類技術(shù)，ADI 近年來(lái)推出的基于 28nm RF CMOS 的 77/79G 技術(shù)，最大的特點(diǎn)是它的輸出功率非常高，同時(shí)偵測(cè)遠(yuǎn)度可以做到很遠(yuǎn)，可以達(dá)到 200 米以上的偵測(cè)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(chǎng)帶來(lái)了非常大的需求，因?yàn)橹挥懈鞣N各樣的傳感器才能讓冰冷的機(jī)器和人類進(jìn)行對(duì)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(jī)器去現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)，現(xiàn)在市場(chǎng)提出的“集成式的智能節(jié)點(diǎn)”只需在現(xiàn)場(chǎng)放一個(gè)傳感器就可以實(shí)現(xiàn) 24 小時(shí)檢測(cè)。隨著“集成式的智能節(jié)點(diǎn)”市場(chǎng)的發(fā)展趨勢(shì)，需要尺寸更小、更低成本、更低功耗的 MEMS 傳感器對(duì)機(jī)器做早期的檢測(cè)。振動(dòng)是機(jī)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(hào)是 MEMS 傳感器需要突破的難點(diǎn)。ADI 的 ADXL100X 系列，恰好實(shí)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(duì)振動(dòng)領(lǐng)域，ADI 還可以把 MEMS 傳感器集成各種信號(hào)調(diào)理，可提供一個(gè)完整振動(dòng)的解決方案，例如地震監(jiān)測(cè)設(shè)備就可以通過(guò) MEMS 加速度計(jì)實(shí)現(xiàn)。地震等級(jí)越低、振動(dòng)幅度越小，必須有足夠低的噪聲才能分辨足夠小的等級(jí)。另外，由于不知道地震什么時(shí)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(jì) ADXL355 就是滿足這兩個(gè)特性的不錯(cuò)的選擇。當(dāng)然，只需要檢測(cè) 5 級(jí)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(qiáng)（可以解決同一場(chǎng)景多機(jī)相互干擾問(wèn)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(cè)距離遠(yuǎn)（支持最高 20m 的識(shí)別距離）等特點(diǎn)?？蓱?yīng)用于車內(nèi)傳感（手勢(shì)識(shí)別、駕駛員健康、乘員檢測(cè)、體態(tài)識(shí)別）、車外近距離人臉識(shí)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(duì)手或競(jìng)品，ADI 存在哪些優(yōu)勢(shì)？

趙延輝舉例說(shuō)道，在 IMU 檢測(cè)應(yīng)用中，傳感的輸出是由轉(zhuǎn)動(dòng)引起的還是振動(dòng)引起的，市面上很多傳感器分辨不出。這涉及到振動(dòng)抑制特性的兩個(gè)參數(shù)，一個(gè)是振動(dòng)整流誤差，一個(gè)是線性加速。ADI 的 IMU 產(chǎn)品振動(dòng)抑制特性就非常好。假如使用在車?yán)铮梢詸z測(cè)車的轉(zhuǎn)動(dòng)角度、車航向偏離多少；用在飛機(jī)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(cè)出來(lái)。

當(dāng)前絕大多數(shù)農(nóng)業(yè)無(wú)人機(jī)或者行業(yè)內(nèi)的無(wú)人機(jī)使用的都是 ADI 的 IMU，主要原因就是 ADI 的 IMU 振動(dòng)抑制特性非常好，因?yàn)閷?duì)于需要連續(xù)飛行數(shù)小時(shí)無(wú)人機(jī)而言，需要的器件必須有非常好的振動(dòng)抑制特性。假如這個(gè)指標(biāo)不好，無(wú)人機(jī)就無(wú)法實(shí)現(xiàn)懸停，進(jìn)而產(chǎn)生偏置，這在工業(yè)領(lǐng)域是無(wú)法接受的。由于成本和體積的原因，消費(fèi)級(jí)無(wú)人機(jī)（例如掌上無(wú)人機(jī)）很少采用 ADI 的 IMU，雖然這類無(wú)人機(jī)都做了很復(fù)雜的減振處理，起初飛行很不錯(cuò)，但隨著減振材料的發(fā)熱和老化，無(wú)人機(jī)操控就會(huì)變得復(fù)雜。

ADI 推出的器件級(jí) IMU ADIS1650X 系列，與過(guò)去大模塊級(jí) IMU 并沒(méi)有什么區(qū)別，里面有傳感器、信號(hào)處理，有各種各樣的溫度補(bǔ)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(dòng)抑制特性，可以應(yīng)用于無(wú)人機(jī)、農(nóng)業(yè)拖拉機(jī)以及自動(dòng)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(dòng)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(dòng)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(jī)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(jì)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(dòng)通信系統(tǒng)協(xié)會(huì)預(yù)測(cè)，到 2025 年，各大領(lǐng)域接入 5G 網(wǎng)絡(luò)并實(shí)現(xiàn)互連的設(shè)備將達(dá) 250 億臺(tái)。這些將在 5G 時(shí)代施展拳腳的設(shè)備，不論是消費(fèi)端的手機(jī)、AR/VR 眼鏡、無(wú)人駕駛汽車，還是 5G 天線、5G 基站、云計(jì)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(chǎng)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(wú)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(hào)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(shí)，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(jì)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(jī)器維護(hù)是工業(yè)領(lǐng)域非常重要的一塊。為加強(qiáng)狀態(tài)監(jiān)測(cè)解決方案在實(shí)現(xiàn)精確狀態(tài)監(jiān)測(cè)信息處理的領(lǐng)先優(yōu)勢(shì)，2019 年 10 月 ADI 宣布收購(gòu) Test Motors，這是一家專門從事電機(jī)和發(fā)電機(jī)預(yù)測(cè)性維護(hù)的公司。此次收購(gòu)是 ADI 公司繼 2018 年成功收購(gòu) 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(shí)別聲音或振動(dòng)的"傳感解譯"軟件。ADI 公司計(jì)劃將 OtoSense 的軟件與 Test Motors 的監(jiān)控功能相結(jié)合來(lái)創(chuàng)建解決方案，通過(guò)捕獲更廣泛的潛在故障為機(jī)器提供更先進(jìn)、全面的健康狀況監(jiān)測(cè)。通過(guò)收購(gòu) Test Motors 和 OtoSense，ADI 的狀態(tài)監(jiān)控方案能夠?yàn)榭蛻籼峁┚邆渫暾脑缙?a class="article-link" target="_blank" href="/baike/1472356.html">異常檢測(cè)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(jià)高昂的機(jī)器停機(jī)。

就目前來(lái)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(shì)。對(duì)此觀點(diǎn)以及傳感器在未來(lái)的發(fā)展方向以及創(chuàng)新趨勢(shì)，趙延輝表達(dá)了自己的想法：

傳感器融合是否能成為未來(lái)的發(fā)展趨勢(shì)，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(chǎng)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(wú)人機(jī)的 GPS 定位，為了避免地磁干擾要單獨(dú)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(gè)等級(jí)：第一等級(jí)將信號(hào)轉(zhuǎn)化出數(shù)字輸出或 PWM、電壓輸出；第二等級(jí)對(duì)傳感器做一些簡(jiǎn)單的處理，比如把一個(gè)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(gè)等級(jí)將一些函數(shù)運(yùn)算集成到器件里。ADI 作為半導(dǎo)體廠商，以上三個(gè)階段都做到了，而且每一層都有相應(yīng)的解決方案，針對(duì)不同的客戶都可以滿足。第四個(gè)階段就是數(shù)據(jù)針對(duì)不同行業(yè)的含義是什么，例如地震波的測(cè)量。未來(lái)，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(chǎng)提供高價(jià)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(hào)沒(méi)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(wú)意義，也正應(yīng)驗(yàn)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(hào)鏈也必須不斷改進(jìn)，以檢測(cè)、獲取和數(shù)字化轉(zhuǎn)換傳感器信號(hào)，使其準(zhǔn)確度和精度不會(huì)隨時(shí)間和溫度的變化而發(fā)生偏差。采用合適的器件和設(shè)計(jì)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(hào)處理和人工智能之間的這種相互作用，對(duì)具有智能和認(rèn)知能力的自動(dòng)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(méi)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(dòng)駕駛車輛的基礎(chǔ)），一切都毫無(wú)意義。過(guò)去 25 年來(lái)，ADI 一直致力于汽車安全和 ADAS 發(fā)展?，F(xiàn)在，ADI 正在為自動(dòng)駕駛的未來(lái)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(hào)／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(gè)平臺(tái)的實(shí)施成本，從而加快我們邁向自動(dòng)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(jī)交互更加友好等成為新的挑戰(zhàn)。ADI 可以提供全信號(hào)鏈的產(chǎn)品及方案，再加上專注市場(chǎng)研究的系統(tǒng)團(tuán)隊(duì)，能給客戶帶來(lái)非常大的幫助。未來(lái)，ADI 會(huì)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(wèn)題，為客戶提供系統(tǒng)級(jí)的解決方案。

目前，縱觀市場(chǎng)格局，全球傳感器市場(chǎng)主要由美國(guó)、日本、德國(guó)等國(guó)家公司主導(dǎo)。美國(guó)、日本、德國(guó)及中國(guó)合計(jì)占據(jù)全球傳感器市場(chǎng)份額的 72%，其中中國(guó)占比約 10%。

中國(guó)市場(chǎng)相較于國(guó)外市場(chǎng)有哪些特點(diǎn)？存在哪些差距？趙延輝對(duì)此表示，中國(guó)擁有龐大的人口、市場(chǎng)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(guó)家，這種速度與體量再加上越來(lái)越成熟的技術(shù)組合式創(chuàng)新，使得中國(guó)企業(yè)形成獨(dú)特的競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)。為更好的服務(wù)中國(guó)市場(chǎng)，ADI 加強(qiáng)了中國(guó)市場(chǎng)的決策權(quán)，以對(duì)中國(guó)的市場(chǎng)、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(dòng)下，越來(lái)越多的客戶希望看到在芯片級(jí)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(guó)市場(chǎng)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(jí)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(duì)于公司接下來(lái)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(dòng)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(dòng)控制的能力以及高精度的雷達(dá)影像技術(shù)。未來(lái)，我們希望把感知做得更高速更精準(zhǔn)，支撐未來(lái)自動(dòng)駕駛的體驗(yàn)。

5G 的落地會(huì)把 IoT 的應(yīng)用場(chǎng)景最終做成非常大的產(chǎn)業(yè)，但是在這個(gè)互聯(lián)的過(guò)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(lái) 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(hào)調(diào)理從模擬到數(shù)字的轉(zhuǎn)換技術(shù)，都是 ADI 未來(lái)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(guò)這些發(fā)展，再引導(dǎo)出來(lái)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(shí)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(lái)拓展和開發(fā)市場(chǎng)?！?/p>

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