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- 各種物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用所需的傳感器技術(shù)趨勢
- 來源：賽斯維傳感器網(wǎng) 發(fā)表于 2015/11/9
為提升產(chǎn)品競爭力，國際半導(dǎo)體大廠紛紛透過購并、垂直集成擴(kuò)展自身解決方案競爭優(yōu)勢，搶食物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用大餅，不僅無線通訊技術(shù)方案為集成重點(diǎn)，其中物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用關(guān)鍵的MEMs與各式傳感器應(yīng)用方案，更是廠商集成的重點(diǎn)項(xiàng)目... ...
雖然物聯(lián)網(wǎng)IoT(Internet of Things)應(yīng)用可以說是各式舊有技術(shù)的再集成，但實(shí)際上正因?yàn)樾乱淮募呻娐芳煞庋b技術(shù)、低功耗無線傳輸、先進(jìn)感測元件技術(shù)等新技術(shù)領(lǐng)域開發(fā)與再集成，讓IoT應(yīng)用在體積、效能、穩(wěn)定性與電源功耗各方面都能獲得極大的優(yōu)化成果，甚至在功能追加、功耗優(yōu)化條件下還能達(dá)到單一終端的硬件成本極度壓縮，不僅使IoT相關(guān)應(yīng)用的發(fā)展前景無限，也吸引相關(guān)芯片業(yè)者積極投入搶食IoT衍生的巨大商機(jī)。
以3DIC技術(shù)堆疊集成的壓力感應(yīng)器元件核心。Infineon Edison硬件運(yùn)算平臺，為Intel針對IoT應(yīng)用開發(fā)的硬件功能開發(fā)平臺。Intel IoT產(chǎn)品應(yīng)用需求 推進(jìn)電子IC產(chǎn)業(yè)持續(xù)升級
由IoT市場需求進(jìn)而帶領(lǐng)的電子產(chǎn)業(yè)升級，象是新一代納米傳感器系統(tǒng)、軟性電路板與制作技術(shù)外，也將IC設(shè)計(jì)產(chǎn)業(yè)帶向跨領(lǐng)域技術(shù)集成發(fā)展，例如，集成生理感測應(yīng)用的感測與通訊技術(shù)方案、可用于個人健康生理信息追蹤的穿戴式生物感測軟芯片系統(tǒng)封裝方案，這些都是由IoT應(yīng)用衍生出來的進(jìn)階應(yīng)用與跨領(lǐng)域開發(fā)成果。
其中對于IoT應(yīng)用影用影響最關(guān)鍵的為終端裝置的通訊應(yīng)用功能，因?yàn)镮oT產(chǎn)品重點(diǎn)在于終端的極小化與使用電能功耗的極度優(yōu)化，因此，耗能較高的通訊技術(shù)方案就成為各大半導(dǎo)體業(yè)者積極優(yōu)化的重點(diǎn)功能。例如5G/4G行動數(shù)據(jù)傳輸模塊、藍(lán)牙低功耗傳輸(Bluetooth Low Energy)技術(shù)與Wi-Fi無線傳輸技術(shù)等，已是半導(dǎo)體商重點(diǎn)布局的領(lǐng)域。
搶食IoT市場大餅 半導(dǎo)體業(yè)者砸重金收購強(qiáng)化自身技術(shù)實(shí)力
以通訊芯片大廠Qualcomm為例，2014年即耗資25億美元收購CSR，取得其全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)(Global Positioning System，GPS)與藍(lán)牙通訊芯片相關(guān)核心技術(shù)，藉此擴(kuò)展其因應(yīng)穿戴式裝置、車用電子系統(tǒng)所需的全球定位、藍(lán)牙無線通訊核心技術(shù)方案與相關(guān)芯片方案。除Qualcomm巨資收購動作外，NXP也宣布收購Quintic公司的藍(lán)牙低功耗芯片、穿戴式裝置應(yīng)用獎決方案相關(guān)資產(chǎn)與矽智財(cái)，同時NXP在2015年3月再以118億美元收購Freescale，強(qiáng)化其車載電子應(yīng)用解決方案與微控制器產(chǎn)品，為后續(xù)布局IoT應(yīng)用備齊足夠競爭實(shí)力。至于Cypress則針對IoT應(yīng)用開發(fā)所需的SoC(System on Chip)核心技術(shù)進(jìn)行資源集成，收購NOR Flash大廠Spansion、ADI則購并Hittite補(bǔ)強(qiáng)其5G應(yīng)用領(lǐng)域在微波與毫米波頻段的無線通訊技術(shù)缺口。
同時Intel也為強(qiáng)化寬頻網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)業(yè)實(shí)力，2015年2月收購網(wǎng)通芯片商Lantiq，將旗下產(chǎn)品線有效擴(kuò)展至DSL(Digital Subscriber Line)、LTE(Long Term Evolution)與光纖網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用市場，強(qiáng)化其基礎(chǔ)網(wǎng)通應(yīng)用服務(wù)的市場布局，同時為了擴(kuò)展IoT應(yīng)用市場滲透率，也推出旗下因應(yīng)IoT市場開發(fā)的Edison IoT應(yīng)用平臺，透過集成低功耗的高效能雙核心CPU、搭配單核心微型控制器，藉此支持高復(fù)雜度的IoT資料搜集作業(yè)，該IoT硬件開發(fā)平臺同時集成Wi-Fi、藍(lán)牙、LE與存儲器/儲存裝置，透過簡化配置與結(jié)合具備40個多工GPIO (General Purpose I/O)接口，提供IoT應(yīng)用開發(fā)硬件彈性基礎(chǔ)，另可搭配支持C、C++、Python、Node.js/Javascript等開發(fā)語言進(jìn)行開發(fā)，支持Arduino、Eclipse、Wyliodrin與Intel XDK多種
集成式開發(fā)環(huán)境，強(qiáng)化IoT應(yīng)用開發(fā)效能。
IoT應(yīng)用領(lǐng)域廣泛 各大廠看準(zhǔn)熱門應(yīng)用深化解決方案應(yīng)用價值
很顯然IoT應(yīng)用市場范圍過廣、各領(lǐng)域的關(guān)鍵技術(shù)差異大，相關(guān)半導(dǎo)體業(yè)者為了市場布局除積極透過收購、購并厚植自身應(yīng)用市場的技術(shù)資源外，也看準(zhǔn)后續(xù)熱門應(yīng)用領(lǐng)域進(jìn)行相關(guān)重點(diǎn)技術(shù)的功能與應(yīng)用集成。尤其是IoT應(yīng)用中目前最熱門的穿戴式裝置、聯(lián)網(wǎng)汽車(Connected Vehicle)甚至是進(jìn)階導(dǎo)入醫(yī)療體系的健康照護(hù)(Health Care)市場，或是更前端的機(jī)器對機(jī)器(Machine to Machine，M2M)的應(yīng)用環(huán)境，積極擴(kuò)展經(jīng)濟(jì)規(guī)模與產(chǎn)品對各種集成需求的適應(yīng)性。
除通訊核心功能與硬件平臺外，IoT的另一關(guān)鍵重點(diǎn)即在環(huán)境感測應(yīng)用功能支持，尤其在微機(jī)電系統(tǒng)(Micro Electro Mechanical Systems，MEMs)相關(guān)業(yè)者動向更可觀察到各廠搶進(jìn)IoT市場的動作，目前歐美與臺灣MEMs晶圓代工廠競相加強(qiáng)動作傳感器、壓力計(jì)、麥克風(fēng)等關(guān)鍵集成制程技術(shù)。
MEMs代工技術(shù)積極優(yōu)化 搶攻IoT進(jìn)階應(yīng)用商機(jī)
看好IoT市場爆發(fā)前能，Tronics Microsystems、X-Fab、Teledyne DALSA、IMT、Towerjazz、TSMC等積極搶攻MEMS代工。尤其是物聯(lián)網(wǎng)、汽車電子、智能行動裝置、行動醫(yī)療與光通訊電子設(shè)備對于電路載板的元器件占位空間、功耗要求越來越高，也相對吸引更多芯片業(yè)者投入MEMS進(jìn)階制程，集成更新、更小、更省電的關(guān)鍵元件，帶動一波MEMs晶圓代工市場成長。
而在IoT應(yīng)用的重點(diǎn)傳感器集成方面，MEMs代工業(yè)者積極鎖定IoT與汽車電子應(yīng)用領(lǐng)域所需的關(guān)鍵傳感器集成設(shè)計(jì)，例如MEMs加速度計(jì)、多軸陀螺儀、磁力計(jì)、壓力計(jì)與麥克風(fēng)等重點(diǎn)傳感器集成方案，另針對IoT環(huán)境感測應(yīng)用也競相開發(fā)如溫/濕度、紫外光(Ultraviolet，UV)與紅外線(Infrared，IR)環(huán)境傳感器先進(jìn)制程開發(fā)，除傳感器關(guān)鍵元件在感測精度、元件功耗優(yōu)化外，業(yè)者也積極開發(fā)成本更低、尺寸更小的感測集成元件，以提供IoT終端功能開發(fā)更具成本與功能競爭力應(yīng)用解決方案。而在手機(jī)、行動醫(yī)療、車載電子系統(tǒng)等IoT應(yīng)用領(lǐng)域的傳感器解決方案方面，相關(guān)業(yè)者也開始著墨壓力計(jì)方案，發(fā)展如TPMS(Tire-Pressure-Monitoring System)車胎壓力感測系統(tǒng)，行動醫(yī)療應(yīng)用則對應(yīng)血壓計(jì)等智能感測裝置集成。
關(guān)鍵感測技術(shù)精度持續(xù)提升 智能IoT應(yīng)用更具實(shí)用價值
智能家庭也是IoT另一熱門應(yīng)用領(lǐng)域，在物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用方面，智能家庭所需的壓力、環(huán)境感測應(yīng)用需求，將會是家庭自動化應(yīng)用的重要關(guān)鍵，象是集成家電控制的智能手環(huán)產(chǎn)品、智能手表、智能冰箱、洗衣機(jī)與家庭電能管理系統(tǒng)等，這些關(guān)鍵智能產(chǎn)品都將需要導(dǎo)入壓力計(jì)與各種環(huán)境傳感器(溫度、濕度、亮度、空污狀態(tài)傳感器)，達(dá)到其智能生活輔助應(yīng)用功能，各大MEMs代工業(yè)者也積極開發(fā)相關(guān)關(guān)鍵MEMs芯片產(chǎn)品，協(xié)助芯片開發(fā)商搶攻IoT應(yīng)用商機(jī)。
對于IoT所需的傳感器性能表現(xiàn)，從以往的量測精度有限的實(shí)用功能導(dǎo)向，在新興IoT應(yīng)用所需的高度智能集成、高精度感測需求已漸顯現(xiàn)其不敷所需，因此關(guān)鍵感測元件的MEMs大廠也紛紛針對重點(diǎn)感測元件進(jìn)行功能優(yōu)化，例如透過SiP多芯片集成技術(shù)制作的多軸陀螺儀感測系統(tǒng)芯片，或是進(jìn)階多傳感器系統(tǒng)產(chǎn)品就是明顯的案例，透過更高精度的感測效果提升IoT應(yīng)用的環(huán)境信息截取精度，提升整體系統(tǒng)價值。
除了動作傳感器的精度提升外，壓力計(jì)的精度提升也是相關(guān)應(yīng)用的一大關(guān)鍵，例如Infineon即推出因應(yīng)穿戴式智能產(chǎn)品設(shè)計(jì)、個人生理數(shù)據(jù)采集、手勢辨識、導(dǎo)航定位、天氣環(huán)境偵測用途的高階MEMs壓力感測元件，而該元件已可具備±5公分分辨率的壓力感測。
壓力傳感器已經(jīng)成為穿戴式智能的關(guān)鍵感測元件，另在IoT應(yīng)用壓力傳感器可做為多樣化智能應(yīng)用的感測數(shù)據(jù)來源，但目前多數(shù)壓力感測MEMs元件為運(yùn)用壓電技術(shù)(Piezo-Electric)原理進(jìn)行壓力感測機(jī)制，Infineon新款壓力傳感器為運(yùn)用電容感測機(jī)制基礎(chǔ)下，提供更高準(zhǔn)確性的壓力感測數(shù)值輸出。搭載壓力感測元件的行動裝置可以在室內(nèi)導(dǎo)航應(yīng)用中輔助室內(nèi)定位應(yīng)用，也能在無GPS(Global Positioning System)訊號條件下支持Dead Reckoning(航位推算)功能，滿足智能裝置室/內(nèi)外導(dǎo)航應(yīng)用需求，另壓力計(jì)還可進(jìn)行高度或與垂直速度計(jì)算數(shù)據(jù)精確推算，做為穿戴式智能健康運(yùn)動裝置應(yīng)用中的運(yùn)動行為偵測、分析，甚至可作為穿戴裝置的手勢辨識人機(jī)接口感測應(yīng)用，開發(fā)更多智能穿戴應(yīng)用價值。
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