消費類電子產品總是層出不窮，一旦出現爆款更是受到眾人熱捧，之所以能成為爆款，必定有其過人之處。市場營銷是一方面，技術也支撐了賣點，通過對這些爆款產品的了解，或許能追尋下一代爆款產品的方向。
小米手環(huán)破千萬銷量的背后 科學實驗模塊
2015年小米手環(huán)銷售量已經超過1200萬只，而華米科技目前已經成為全球第二大可穿戴設備公司,分析認為，小米手環(huán)能夠取得這樣的成績，主要是依靠較強的性價比吸引消費者眼球。
的確，小米手環(huán)是一款定位為功能簡單，價格低廉的產品，但絲毫不影響其對性能的追求，具體而言就是功耗和精度。這直接決定著用戶的使用體驗。
試想，如果計步不精準，例如你明明在坐飛機，手環(huán)將路途的顛簸記錄成你行走的步數，是不是令人哭笑不得。
正如小米在發(fā)布會上宣傳的那樣，小米手環(huán)采用ADI傳感器。在近日由易維訊舉辦的2016半導體產業(yè)和技術展望論壇上， ADI亞太區(qū)微機電產品市場和應用經理趙延輝也講述了傳感器如何提升精度，以及今年傳感器市場的趨勢等話題。
為什么傳感器記錄了那些并不準確的運動，趙延輝解釋說，因為MEMS傳感器往往為了實現低功耗，采用了一種周期采樣的技術。比如ADC和模擬前端的帶寬是固定的800赫茲，做2倍的采樣率，信號不混疊，然后信號進一步做濾波。整個ADC和模擬前端只是10秒鐘采集一次，剩下的時間把系統關掉。
那么進來的信號可能超過100赫茲，超過100赫茲的信號進來后，由于采樣率比較低，即采樣成低頻。這時算法會認為這是一個規(guī)律的低頻運動，因此，就出現諸如坐在飛機上計步的情況，而實際上只是飛機高頻的振蕩。
如果傳感器對高頻濾波不能很好的處理，不能濾除高頻信號的干擾，必然影響傳感器的精度。ADI在推出的ADIS16362及以后的傳感器上已經解決了這個問題，大幅提升了精度。
為什么小米手環(huán)選擇ADI的傳感器，而不選擇價格是ADI三分之一或者五分之一的傳感器？低功耗也是一個非常關鍵的因素。功耗是目前可穿戴產品的一大痛點，據小米的官網宣傳，小米手環(huán)的賣點之一即是可以保證產品一個月不用充電。
在小米定義手環(huán)產品之初就希望解決這個痛點。趙延輝說，產品在測試的時候，如果不考慮振子頻繁振動的情況下，持續(xù)使用時間可以達到三個月。小米說的一個月不充電略微保守。低功耗的MEMS有助可穿戴產品維持更長的使用時間。
目前，ADI的ADXL362是業(yè)界功耗最低的產品。比如人體監(jiān)測時功耗只有1.8μA，這個功耗是市場上最好的。趙延輝說道，我們知道如果一秒鐘采樣一個點，無法對人體的復雜運動做分析。一定要高頻的采集率，這時候我們功耗是最低的。另外，產品待機功耗也很低。比如美國大兵頭盔用的ADI傳感器待機功耗只有270 nA，傳感器還會監(jiān)測頭盔有無使用，無使用時自動切斷電源。傳感器可以做為一個電源開關，通過運動還是靜止實現開關。這樣一來，電池可以支持器件工作93年。
此外，ADI傳感器也會兼顧系統的功耗，一般的功耗主要消耗于MCU、藍牙、處理器。ADI的做法是內置一些濾波器，對于敲擊桌面或者不讓器件在規(guī)律的運動之前對MCU進行觸發(fā)喚醒，這樣可以幫助客戶實現系統的低功耗。
可穿戴設備的外觀也決定了傳感器尺寸的小型化。小型化薄型化的MEMS傳感器可用于珠寶、防爆產品，甚至信用卡。
快速充電成手機一大賣點，快充離你有多遠
許多手機廠商將快速充電作為手機的一大賣點，例如OPPO R7系列。在一份調查中有32%的用戶選擇OPPO R7手機是看重快速充電這項功能。
目前實現快速充電有兩種方式，增加電流，或者加大電壓。OPPO采用前者，從電池到電源線再到接口均采取定制化。而半導體廠商更傾向于高壓快充的方案。例如MTK，高通等都有自己的快充協議。
Power Integration高級應用工程師、實驗室經理閻金光表示，實現快充在充電器端和手機之間涉及通訊協議的問題。指令通過USB數據線傳輸，這根數據線有一個通訊協議，通過D+、D-的方式傳送信號，例如QC2.0。
現在最新推出的高通協議QC3.0。相比QC2.0的充電方式只有三檔電壓可以跳躍。QC3.0并不是一個5、9、12三個臺階的電壓，它是可以連續(xù)變化的電壓，從6V-12V是連續(xù)變化的電壓。閻金光解析，QC2.0的方案，手機充電真正變化并不是利用充電器的恒流進行控制，手機內部有DC電源，把你輸入的電壓變成可充電電壓，隨著電池慢慢充飽，數字電壓慢慢升高，最后達到充滿狀態(tài)。我們內部的DC/DC效率跟手機發(fā)熱是相關的，如果效率不高，充電的時候手機溫度比較高。
采用QC3.0的方案，隨著能量慢慢充飽，電壓慢慢往上走，DC/DC維持比較小的壓差，這對降低手機發(fā)熱有很大的幫助。在無線充電方案當中，如果DC/DC用QC3.0方案來做可在手機充電時降低發(fā)熱。從6V以兩個檔位逐檔跳到12V，PI InnoSwitch可以滿足這樣的特性要求。
功率方面，如果是QC2.0，輸出充電時12V功率比較大，12V1.5A可以充到18瓦，隨著電壓慢慢走，功率不到18瓦。QC3.0是連續(xù)變化的，電壓下降的同時電流在增大，始終保證輸出電流18瓦。QC3.0可以輸出更大的功率。所以從快充效果來看，用3.0比2.0充的速度更快。
InnoSwitch-CP可以為QC3.0甚至USB-PD提供最佳性能。閻金光說，“我們知道CP是指12V-6V區(qū)間，始終是18W的線。為了精確的次級輸出，我們在任何情況做到正負3%的穩(wěn)壓精度。一般做到5%，初級的做到3%的精度非常難。在整個負載方面可以實現高于90%的效率。我們也知道功率要做高，電源做到現有外殼當中把功率做大，這個散熱需要解決。我們的空載功耗可以做到小于10毫瓦，低于國際標準的小于0.1瓦，充電器插在墻上不會有任何電的消耗。全面保護功能方面，包括輸出過壓保護、輸入過壓保護、過熱保護等。”
目前各廠商都在做自己的通訊協議，未實現統一，閻金光認為不排除一些廠家為了保護自己的知識產權用自己的通訊協議。但隨著USB PD協議的引入，這個相對更完善的協議，以及Type C將是未來的發(fā)展方向。
全新MacBook僅一個接口，USB Type-C億級市場來襲
蘋果全新一代MacBook筆記本電腦僅僅只有一個接口，它正是USB Type-C，可以作為電源、數據傳輸以及視頻輸出。還有微軟最新的Lumia950、Lumia 950XL手機憑借win10系統、軟件將手機變成PC。實際上，它在手機里用了一顆Analogix的視頻輸出芯片，手機通過數據線連接到顯示器，可處理Excel、PPT等應用，這是區(qū)別于安卓系統的差異化應用。今年微軟還將通過win10帶動平板的設計，也包括Analogix和微軟合作的新產品。Analogix 硅谷數模半導體(北京)有限公司市場總監(jiān)梁倩表示，Analogix在內外部連接、配件等方面的連接芯片產品上展開了廣泛合作。
Type-C的四大功能：
1．支持正反插，UBS Type-C接口上下一致，不分正反。
2．支持Data，最高支持10Gbps。目前最新旗艦型的筆記本電腦用Type-c，最高可以支持10Gbps的速率。
3．Type-C PD支持充電從15W到100W， USB線可作為一根電源線使用。
4．UBS Type-C標準規(guī)定傳輸視頻或音頻默認用DisplayPort。
目前，三大系統操作廠商都已經發(fā)布了Type-C的產品，并在軟件層面與Type-C硬件配合。
從Type-C的整個市場來看，2015年Type-C的智能手機開始啟動，2016年主要增長來自于智能手機，平板和筆記本，顯示器、硬盤，相機的量比較小，電視盒、游戲機、投影等也將逐漸滲透，成本是普及的關鍵，后續(xù)增長會非?？?。
據預測，相較于2015年只有400萬臺智能手機支持Type-C，到2016年將達到一億臺。但梁倩認為，從目前廠商設計的進度來看，國內海外手機廠商都跟進了Type-C產品，1億臺略顯保守。
目前市面上的USB Type-C方案分為幾類：
1．USB2.0，480兆帶寬支持Type-C的Data功能，實現正反插，這是入門級的Type-C方案。增加成本在2毛錢以下,很多手機廠商可以接受。
2．USB2.0+PD實現TYPE-C充電功能，主要為1500-2000元手機采用。
3．USB3.0+PD，又分為5G和10G的速率，10G用于筆記本，5G用于手機，例如聯想yoga采用USB3.1加充電的方案。2000多元手機采用。
4．Full Feature USB Type-C：包括全部正反插，USB3.1，視頻輸出，DP。3000元以上手機采用。
梁倩表示，從中低端到全功能的產品鏈上，Analogix都有不同的芯片方案支持廠家做設計。例如ANX7428，ANX7688，ANX7442支持Type-C全功能。除了芯片方案，硅谷數模也會提供IP，比如加密IP、壓縮IP、USB-PD充電IP，方便廠商能夠快速推出他們的產品。
此外，考慮到Type-C配件的兼容性，Analogix推出了SAP項目，在北京研發(fā)中心的測試實驗室里可對配件產品進行兼容性測試。這個測試根據USBC type-C標準,包括了45項非常完善的測試流程。后期還會把這些結果放在Analogix官方網站甚至一些媒體公開發(fā)布，從而引導客戶做標準化的設計。
目前全球已有20多家廠商涉足Type-C，手機、平板和PC領域都在積極推進應用，預計USB+PD的成本也將有所下降，2016年億級的市場正在發(fā)酵，正如業(yè)界所言TYPE-C正走在大一統的路上。
Nest智能家居單品爆款 無線傳感器青睞能量采集
知名智能家居單品Nest恒溫器通過搭配各種各樣的傳感器，包括溫度、濕度、判斷動作的傳感器,可監(jiān)測室內環(huán)境，控制空調及通風系統。Google收購Nest之后，通過商業(yè)運作獲利豐厚。Google與奧斯汀的一家電力公司合作，為其免費提供恒溫器，并從節(jié)省的電費中得到5%。僅一個月內，這款恒溫器送出了10萬個，而整個奧斯汀省了110億美金的電。根據其他廠家和恒溫機構的評估，這款恒溫器能夠幫助家庭節(jié)省12%-15%的取暖電費。能源部門評估這個恒溫器可以節(jié)省20%的暖氣和制冷的能源費用。而Nest煙感器則采取與保險公司合作的方式，頗受青睞。
此外還有Google眼鏡，采用能量采集技術驅動無線傳感器監(jiān)測眼睛的血糖成分。施華洛士奇發(fā)布的紫羅蘭款智能手表，表盤采用太陽能面板，無需電池，一直工作。
2020年全球有500億的器件連接到網絡，其中將有50億的器件是無線連接的。這也意味著每年需要更換大量的電池，涉及到電池對環(huán)境的污染，以及人工換電池的維護費用。在一些物聯網的應用場景下，比如交通、橋梁監(jiān)測、湖海河流監(jiān)測、智能樓宇、煙囪等，通過能量采集技術例如光能、動能、熱能等能量被采集，可以減少電池的使用，節(jié)能環(huán)保便利。
Cypress半導體模擬芯片產品經理李冬冬介紹說，能量采集的范疇從100毫瓦到10納瓦以上。首先需要一個能量采集的器件，比如太陽能面板采集光能，通過管理芯片把這些不穩(wěn)定的能量轉換成穩(wěn)定的能量存儲在電容里面，電容再給這個系統供電。
對于能量采集而言最適合的近距離無線技術是低功耗的。例如搭載BLE將是能量采集很好的應用。
基于能量采集技術的無線傳感器的設計面臨一些問題。傳統能量采集|會受到一些限制，比如光照比較弱的地方，對體積的要求，特別是工業(yè)或者消費類的可穿戴產品，另外，能量采集還有很多計算，需要存儲的計算和穩(wěn)壓的過程。
2015年8月Cypress推出一款新的能量采集芯片，以及一款全球最小、最低功耗的無線傳感器，即太陽能供電的無線傳感器模塊。這個模塊是依據S6AE101A能量芯片做的。它具有幾大特點：超低功耗，電流只有250納安（nA），這個數據全球第一；集成度高，不需要外圍搭載任何電源芯片，一顆搞定；尺寸小，在一平方厘米的太陽面板可以運行整個芯片系統。
相比競爭對手在900流明才能啟動能量采集系統，Cypress產品在100流明的時候就可以啟動。這也是業(yè)界唯一可以在室內環(huán)境下啟動1平方厘米太陽能面板進行能量采集的產品。
為4G，4G+，5G而來 射頻前端集成化趨勢明顯
從4G到4G+到未來5G的發(fā)展，射頻前端的集成是產業(yè)的發(fā)展趨勢。
Qorvo移動產品市場戰(zhàn)略部亞太區(qū)經理陶鎮(zhèn)表示，移動數據量的增加是目前驅動整個智能手機的發(fā)展以及射頻半導體器件的主要動力。移動數據量的增加意味著快速數據接收和下載，快速上傳數據，只有4G、4G+或者5G網絡才能提供足夠快的上行速率和下行速率來滿足用戶對移動數據量訪問的需求。
從2016年到2020年整個4G增長明顯，2G、3G減少迅速，相對飽和。中國三大運營商的4G用戶量2020年將達到12億。這三大運營商擁有TDDLTE或者FDDLTE兩個牌照，主要4G用戶來自中國移動，TDD的市場份額大于FDD。
“從2G、3G到4G，到現在的下行載波聚合，再到明年的上行載波聚合，越來越為復雜。2G只需發(fā)射模塊，到3G需要3G的PA，到4G需要更多濾波器和載波器，載波聚合需要有前端配合的多工器，上行載波器的PA又需要重新設計來滿足線性化的要求。隨著制式的復雜性，射頻前端也是越來越復雜。所以集成化的方案是支持未來4G+，5G的主要方向，它可以減少尺寸，提高更好的性能。” 陶鎮(zhèn)分析說。
怎么才能給用戶提供更快的下行速率或上行速率。第一是調制越來越復雜，從傳統的2G GSM，到3G是BPSK到QPSK，到4G是16QAM和64QAM，在每一個頻段內，調制解調制式的復雜會提供更快的上行下行速率，制式越新可以提供更快的速率。第二是某一個制式下頻譜的寬度影響速率，頻率越來越寬，LTE時代頻譜更快了，今年商用的還是兩載波的載波聚合，到了明年后年可能有三載波或者四載波甚至五載波，載波數量越多可以提供更快的上行和下行速率。
目前一個手機里主要的射頻前端集成模塊有五個方向，Qorvo擁有集成需要的工藝和相應的設計能力。首先，各個頻段的PA集成。Qorvo的優(yōu)勢在于除了PA以外還把濾波器和開關集成。其次，雙頻道WiFi通過模塊化設計減少成本、尺寸以及客戶的調試時間。WiFi集成方向還涉及分級接收，這也是5G階段的多路接收、多路發(fā)射的概念。還有一個集成的方向是天線調節(jié)技術，頻段數量的增加和載波聚合的應用，會導致射頻前端的損耗比以往大，原本的天線不足以覆蓋所有頻段的支持，天線調節(jié)技術相應的衍生出來。目前Qorvo通過天線調節(jié)技術讓手機在一根天線的情況下就能達到很好的連接質量。
陶鎮(zhèn)表示，“我們擁有所有射頻前端的工藝和所有產品類型，未來4G+，5G的智能手機集成式方案是一個市場趨勢。作為射頻前端半導體公司需要擁有每一個功能塊的產品設計能力和每一個功能塊的晶圓提供商，基于這些因素，Qorvo是目前集成化非常領先的公司。”
對于未來5G的應用，陶鎮(zhèn)認為，5G較4G擁有更多應用場景，例如低功耗的萬物互聯，高可靠性、低延時的應用，像智能駕駛場景對射頻前端的要求更高。5G移動寬帶具有更高的速率。在5G的頻譜方面，低頻主要用于廣域的覆蓋，高頻用于熱點覆蓋。據預測全球最早采用5G的可能是韓國或者日本。2018年韓國冬奧會，2020年日本夏奧會，這兩項盛事是給當地政府、當地運營商做5G演示最好的平臺。韓國冬奧會目前用的展示頻譜是28G。2020年日本夏奧會可能采用低于6G的做廣域覆蓋，高頻的主要用于熱點覆蓋，例如在體育場。
GaN功率器件價格逐年下降 性能高用得起
2015年3月富士通完成半原廠、半代理商的轉變。2014年2月，富士通將氮化鎵部門轉給了Transphorm公司，Transphorm所有晶圓產品由富士通生產。富士通代理Transphorm氮化鎵產品。
富士通電子元器件市場部高級經理蔡振宇表示，基于氮化鎵的功率器件給電源設計帶來更高的開關頻率、效率和更高的省電率。
現在整個市場上有兩種新材料，即氮化鎵和碳化硅。氮化鎵和碳化硅都可提高開關頻率，材質比較適合高壓應用。但碳化硅和氮化鎵各有特點，氮化鎵的電子流動性比較高，開關性能高。碳化硅的高壓性能較好，高溫性能比現有的氮化鎵好。
富士通的GaN HEMT與現有的MOSFET結構不同。蔡振宇分析說，它可以做到電子快速移動，電流是橫向流，在硅的襯底上面用氮化鎵。尤其針對功率器件，它是S極垂直往上的，上面是S極流到D極，與傳統的MOS管流動不一樣?？傮w來說，首先是載流子的能力，代表電流的力度也就是功率。氮化鎵可以做到10。另外，載流子的能力是1500，碳化硅是600。這說明氮化鎵的運行速度和開關速度可以得到更好的提升。
通過數據比較，顯示GaN-HEMT TPH3006PS速度更快。例如正向導通的速度一般是44，它是6.2。QRR一般是5300，它是54，只有前者的百分之一。
富士通600V的氮化鎵產品是第一個也是唯一通過JEDEC業(yè)界認證的氮化鎵產品，要通過這個認證，需要通過一系列的認證測試，比如高、低溫測試、高濕測試，這充分驗證了其產品的可靠性。
從產品路線圖看，2013年富士通推出TPH3006PS，2014年 3002，2015年 3205和3206，今年高壓方面推出900V和1200V的產品。低壓方面也有150V的產品。除了單顆的氮化鎵外，還有模組產品。2016年底或2017年初推出E-Mode，并把Cascode轉換到E-mode。
蔡振宇說，“目前幾家大廠都在關注用氮化鎵產品，包括臺灣的臺達和國內一些做電源的廠家，華為已經在用氮化鎵做產品，2016年是氮化鎵非常重要的一年。”價格方面，2013年富士通的氮化鎵產品剛推出時大概是傳統產品3倍的價格，到2014年為2倍價格，2015年達到1.5-1.6倍。隨著用量規(guī)模擴大，預計2016年氮化鎵產品的價格可以做到1.2-1.3倍，這有利于氮化鎵產品的推廣。
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