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一手建桥梁一手拓边界,ADI的创新技术即可上天又能入地

作者:单祥茹  来源:中国电子商情

发布时间:2019-12-19

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1995年ADI公司正式进入中国,25年来,中国市场发生了翻天覆地的变化,ADI参与了整个技术变革的过程,并且为这些进步提供了基础的芯片技术和软件技术。在ADI中国25周年媒体技术日上,ADI公司系统解决方案事业部总经理赵轶苗先生表示,这是一个最好的时代,也是最具挑战的时代。从技术突破上讲,正在到来的第四次工业革命将围绕着人工智能、大数据等技术展开,为模拟技术的应用提供了更大的发展空间。ADI作为一家科技公司,其核心使命就是要搭建一个物理世界和数字世界的桥梁,以此助力创新技术的实现。

架一座桥连通模拟与数字世界,用高速度高带宽拓宽物理边界

ADI架设的这座桥梁是什么样呢?赵轶苗先生提出,从技术上来讲,它可能相对抽象一点。从ADI的角度来讲,它就是建立在带宽和分辨率技术上的一座桥梁。也就是如何把一个模拟信号转换成高精度的数字信号,它可能是一个8比特或者16比特的信号。业界最早的技术起点是在8比特这样的水平,逐渐演进到更高精度和更高速度的产品和技术。ADI是业界最早推出12比特、100KHz ADC产品的厂商,极大地解决了运动控制中的数字化问题。随着ADI 14比特ADC的面世,超声波、X光等技术也实现了数字化。ADI Σ-Δ型ADC能够提供更高的精度水平,其中16比特Σ-Δ型ADC ADE7755就在电能计量数字化方面发挥了重要作用。之后ADI又推出16比特SAR ADC,该产品非常符合中国国家电网的智能电网应用需求应用范围包括电力电路监测、计电保护应用的实现和数字化。现在,SAR ADC已经拓展到20比特和32比特的精度。


图1  ADI公司系统解决方案事业部总经理赵轶苗

在强大的模数转换器基础上,这几年ADI通过并购实现了进一步的能力边界拓展。在2014年,ADI对讯泰科技进行收购,由于讯泰科技对于第二代半导体技术、化合物半导体,比如氮化镓等先进工艺具有出色的驾驭能力,再把这些技术与ADI的其它技术结合起来,就非常容易形成一个完整的RF解决方案。本次收购加强了ADI在高速甚至是RF上的能力,并将器件的工作频率从6GHz或者8GHz扩展0GHz~110 GHz,包括微波、毫米波等都有完整的产品系列。

超越一切可能,ADI MEMS技术可上天入地

MEMS技术无处不在,包括自动驾驶、智慧城市、智慧农业等各个领域都会用到MEMS技术。ADI是业界最早实现MEMS技术商用的公司,至今已拥有一系列MEMS产品。其产品策略也颇具特色,那就是率先推出性能出众的高精度MEMS产品,应用领域以自动驾驶、卫星导航、测量测绘等为主,然后再依市场需求不断丰富产品线。ADI亚太区微机电产品线总监赵延辉先生在本次媒体技术日上表示,随着应用的普及和市场更多新需求的出现,ADI会顺势推出具有更高性价比的产品。


图2  ADI亚太区微机电产品线总监赵延辉

在应用上,赵延辉先生认为,惯导或者MEMS技术可以看做是定位安全的最后一道屏障。之所以这样说,是因为其它的技术均非常依赖于外部环境,比如卫星导航,它必须能看到卫星,才能利用卫星导航。雷达更是如此,空气中的漂浮物对雷达的精准监测影响非常大。人类最信赖的视觉也同样存在问题,尤其是从一个很亮的环境进入到很暗的环境中,人眼会瞬间致盲。只有惯导IMU,这种不依赖于任何外部环境的传感产品,才能守住定位安全的最后防线。

图3  ADI IMU技术的发展路径

过去的IMU产品虽然精度高,但价格也比较昂贵,体积也比较大。ADI的IMU产品在成本和体积上均做了优化,并于2019年推出ADIS1650X系列IMU。这款产品“麻雀虽小,五脏俱全”,它的内部组件包含了此前大模块级IMU的所有模块,既有传感器、信号调理,也有各种各样的温度补偿校准,可以说,该有的模块都有了,赵延辉先生表示。

IMU所用的内核传感器,其振动抑制特性非常关键。比如在汽车应用中,它可以检测车的转动角度是多少,车航向偏了多少,或者飞机航向角偏了多少,俯仰角偏了多少,跑了多少米,以什么速度跑的,这些都是可以通过IMU检测出来的,稍有差池将酿成大事故。

赵延辉还给出了这样一组应用数据:在卫星导航、汽车、工业等应用领域,99%以上都是采用的ADI提供的IMU。

卫导离不开惯导:卫星导航一般是一秒钟更新一次,现在最快的可以做到几十赫兹,即一秒钟更新几十次。在涉及到国防安全等应用中,最多将达到几百赫兹的级别。即使这样也远未达到连续导航的水平,连续导航至少需要做到几毫秒级。这种类型的应用恰恰就是IMU一展身手的地方。

赵延辉先生强调,此举并非意味着卫星导航就可以完全依靠IMU了,它取决于具体的应用场景,比如进入隧道,当其它传感器都失效的情况下,我们希望车辆不要偏离车道线20厘米,这个时刻就要依靠IMU。不过,IMU工作的时间越长,需要选择的传感器的精度就越高。ADI的IMU大多用在各种极端环境下,包括各种高低温的变化,包括各种颠簸的路面等,即便如此,器件依然能够给出准确的输出。

地震预警:地震预警常常由高密度辅助设备与高精度检测设备相结合,前者可以依靠MEMS来实现,其利用的就是MEMS特有的低噪声、低功耗的特性。

“ADI有非常深厚的系统知识,我们的MEMS传感器可以提供一个完整振动的解决方案。即便用户不知道怎么做信号调理以及机械结构设计,可以直接把ADI的MEMS模块装到机器上。如果你是这方面的专家,可以买ADI的内核传感器,再根据自己的设计需求去考虑采用不同的封装形式。”赵延辉先生表示。

在地震预警中,MEMS的应用主要利用了P波和S波的传输速度差。一般情况下,地震来了,P波比S波的传播速度快,幸运的是,P波带来的影响对于环境的影响没有那么大,因为P波是上下振动,S波是横波。P波的传输速度非常慢,S波的传输速度可以达到3.2到4.0千米每秒。地震时发生比较严重的坍塌是S波到达之后,当S波和P波都到达后,就会形成L波,L波才是真正产生致命作用的地震波。如果地震发生,P波马上就会被检测到,S波检测得慢,但网络通信速度很快,一般可以到30万千米每秒。如果离震中100千米,就可以提前25秒知道地震要来了,留出一定的时间做响应和急救。在实际部署中,常常是低密度专业地震设备与高密度辅助地震设备相结合进行地震预警。高密度辅助地震设备就可以通过MEMS加速度计实现,因为它可以检测各种各样的振动。

ADI ToF;推动新一波感知技术创新

正在兴起的VR和AR技术实现了现实与虚拟之间的相互连接。在汽车行业,目前可以看到两个大3D技术引入的领域,一个是车内,一个是车外。飞行时间(ToF)是一种光速测距方法,能够实现高精度距离测量和3D测绘与成像。这些应用无一例外都引入了ToF技术。

据ADI系统应用工程经理李佳女士介绍,ADI的ToF技术开始于2014年,产品最初是为国外一家大型AR眼镜商提供定制技术,2016年产品成功落地。ADI的ToF在这个应用中主要实现了人机交互以及三维重建的功能。2016到2017年,ADI的ToF产品在车内手势识别中获得应用,它可以做一些人机交互的手势控制,2019年初这款车型发布。2018年ADI的ToF产品开始应用到手机中。现在,ADI的ToF产品已经涵盖工业、消费、汽车等领域。


图4  ADI系统应用工程经理李佳

现在,手机摄像头正在由单摄转变成双摄,双摄可以模拟人的双眼,实现深度信息的提取。结构光对比双目来讲,可以得到准确的距离信息,但是结构光只适用于近距离,比如1.2米以内的近距离,而且是特定场景下的一种3D数据信息采集的应用。ToF相比结构光以及双目技术,它的适配范围更广,从近距离覆盖到了更远的距离。“ADI的ToF最大的特点在于,我们是跟CCD这样的传感器来搭配,CCD天然就是一个全局曝光的器件,在室外特别远距离的应用场景下,有非常良好的表现性能。由于是全局曝光的传感器,又是一个非常窄快门的曝光原理,因此ToF有优异的外界抗干扰性能,非常适用于手机摄像头。”

ADI的ToF方案在各个行业里面均有落地应用,在车载领域也有落地应用:做车内传感器时,它的适配距离是40到200cm,主要用在手势操控、驾驶员和副驾驶以及后面乘客的体态监控。用在车外时,可做B柱人脸解锁方案,不用钥匙而是用人脸解锁。

现在,ToF的应用越来越普及,在人脸支付、物流、安防领域也有了更多应用案例。

未来之门,ADI在医疗健康中的应用

在全球医疗半导体市场中,亚洲是收入增长的主要驱动力,而在亚太区域中,中国又是亚太区的一个关键国家,中国已经成为全球第一大智能可穿戴市场。从市场和产品趋势判断,远程监护或者加入具有临床精度健康监测功能的智能可穿戴将呈现爆发式的增长。


图5  ADI中国区医疗行业市场总监彭志峰

IDC最新发布的数据显示,可穿戴设备2019年一季度全球出货量达4960 万台,同比增长55%。预计智能可穿戴设备未来几年仍将保持快速发展,到2021年智能可穿戴设备的出货量将达2.82亿台。其中,中国将以34.7%的年复合增长率,1950万台的出货量成为全球第一的智能可穿戴市场。

目前,可穿戴设备的产品形态主要有智能饰品、智能手表、智能手环和智能服饰等,以智能手环和手表占据最大的出货量(超过75%的市场份额)。中国市场的头部玩家集中度进一步提高,领先的3~5厂家占据了市场主要份额。从已上市产品看,具备交互、NFC功能以及医疗价值意义的可穿戴设备产品更具前景,运动追踪设备已进入红海。“对于可穿戴市场来说,最关键、最期待的功能是健康监测功能。只有加入这个功能,可穿戴设备才能成为刚需。ADI的技术和产品则贯穿整个医疗健康领域。”ADI中国区医疗行业市场总监彭志峰先生在本次媒体技术日上表示。

ADI对于智能可穿戴/健康可穿戴,或者大健康领域,有一个一站式的总体解决方案。在X光、CT、超声这几个大影像学系统中,ADI都有相应的成熟和比较高性能的解决方案。对于CT市场,ADI提供的是一个信号链的解决方案。方案的特点是通道数比较高,X射线的剂量低,系统成本低,然而在可靠性、服务的便捷性、响应速度等方面却占有优势。

此外,ADI还提供各种体外诊断设备的解决方案。体外诊断设备对于检验科的设备来说,要求电源必须非常精准,同时还有出色的抗干扰性能,这方面是ADI的强项,尤其是收购凌力尔特后,更是加强了公司的电源管理产品线。现在,AD的解决方案主要应用在包括生化分析、输液泵、流式细胞仪、呼吸机等设备上。

ADI创立55年来,核心的使命就是建立一座连接物理世界和数字世界的桥梁。同时在这座建立于带宽和分辨率技术的桥梁上,ADI也在不断拓展其边界,公司拥有的更高精度与更高速度数据转换、电源管理等核心技术,使其产品的应用范围拓展至上天可达卫星导航,入地可用于地震预警等更加广阔的市场。
 

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