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都是亮点!TWS耳机专用传感器全球最小屏下环境

发布日期:2020-09-27 18:51

  全球物联网设备的接入量在持续增加。据Strategy Analytics此前发布的报告《全球联网和物联网设备预测更新》显示,截至2018年底,全球联网设备数量达到220亿。该报告预测,到2025年将有386亿台联网设备,到2030年将有500亿台联网设备。

  传感器作为物联网的主要驱动力,将会迎来巨大的机遇。如果将物联网比作一张网,终端设备则是遍布在这张大网上的节点,而传感器无疑是这些节点的中枢。据相关机构估算,在物联网的带动下,2016年到2021年期间全球传感器市场复合增长率为11,2021年时市场规模将达到2000亿美元。在前不久的第十三届中电港物联网技术应用研讨会上,Renesas和ams介绍了多款针对物联网领域的传感器产品,亮点颇多。

  Renesas是一家由日立、三菱、NEC三家日本知名半导体公司联合成立的公司,近年来做了非常多的整合,前年收购了INTERSIL,去年又收购了IDT,从整合方向看,Renesa从以MCU为核心的公司,向模拟、传感以及驱动的周边器件扩展。Renasas 解决方案市场部高级专家王均峰在会上表示,这是一个非常好的发展方向,Renesas正在加强全产业链、全解决方案的布局。

  Renesas的传感器是通过收购整合产生的一个产品链,在气体、环境感知、生物感知等方面,都有全线的传感器产品。

  Renesas的空气传感器基于三个方面:室内空气传感、冰箱空气传感,室外空气传感。王均峰介绍,室内空气传感器基于金属氧化物,最大特点就是使用寿命长,可以达10年,并且稳定性非常好。室外空气传感器与室内空气传感器的不同点在于,判断空气质量的方向不同,室内传感器通过检测一氧化碳、二氧化碳等气体来判断空气的质量,室外传感器通过检测臭氧以及其他一些偏香味气体的清新度来判断空气质量。冰箱空气传感器用于在关闭环境中判别臭味,冰箱对臭味特别敏感,所以所使用的传感器也会要求更高。

  亮度是环境感知类传感器的一个最重要方向,据王均峰介绍,Renesas有全线的亮度传感器产品,包括各种不同的亮度范围、动态范围、接近模式。另外还有RGB传感器,可以感受环境中的RGB三色、感知到环境的色温,例如苹果手机屏幕之所以在蓝光的情况下,还可以表现出比较好的性能,就是因为用了专门的RGB传感器,通过对色温的管制,将色温动态调整到最合适的范围。而目前,全球只有少数几家厂商可以提供RGB传感器产品。

  Renesas今年推出的血氧传感器,就是一类生物传感器,在王均峰看来,Renesas的血氧传感器与市面不同的点在于,它是基于反射式的单传感器,即把所有的红光、红外的发光二极管集成在只有指甲盖大小的单芯片里面,体积非常小,但却包括LED发光管、接收管、放大器等等。

  使用的时候,把手指放在单芯片上(见下图右上角),就可以读到血氧和心跳的速率,然后根据放大后的血氧和心跳图,来做所有算法的勘测。此外,在算法上提供了一个窗口,所有的血氧和血压是基于人群的大数据,包括几十种肤色、不同的人群、年龄的差异化的数据,不过这些大数据需要客户自己来做。王均峰介绍,所有健康类的产品,Renesas只提供基础的芯片、算法,作为真正的量产化的二次开发,需要客户根据不同需求自己来做。

  传感器如何连到IoT、连到云,大家会有各种各样的需求。对此,瑞萨做了全套的解决方案,首先在硬件上,把所有的Sensor全部插拔来连到云,连到云端的时候,所有的参考设备都做好,包括Cloud Serve、BCC、TSDB,所有云端的参考设计都写好,客户可以基于这个做二次开发。在云端下面,PC端显示界面,移动端设备也做好,这样二次开发会快很多,容易很多。

  这样,如果客户想要做一个很小、快速的系统,通过Renesas的系统就可以很快搭出来;如果需要商业化,客户也可以根据Renesas的这个系统评估工作量,从而做出决定,是自己做,还是包给第三方来做。

  目前来看,Renesas传感器产品较为全面,除了上述提到的空气传感器、亮度传感器、血氧传感器,还有温湿度传感器、液体的流量传感器等等,并且在物联网领域,除了传感器产品之外,Renesas在MCU、Power方面也有非常全面的产品线。

  ams是一家专注于传感器的公司,在全球有18个设计中心,公司可以提供光学传感器、成像类传感器、音频类传感器,还有位置、气体、压力传感器等等。据ams集成式光学传感器BL 高级市场经理郭海波介绍,其光学传感器在市场上有非常高的占有率,光学传感器包括激光发射器、环境类传感器、颜色、手势类、光谱等一系列传感器。

  所有涉及到要调光的,或者说有屏幕的设备都需要有环境光传感器。郭海波表示,ams的环境光传感器在全球市占率最高,基本上世面上所有使用环境光传感器的厂商,都使用ams的传感器。

  ams的环境光类传感器做最大的特点是尺寸小,最小尺寸做到1.1*1.6mm,采用厚度0.2mm TSB封装的传感器,适合用在智能传感设备,比如智能手表、智能手环等需要超薄、超小、超低功耗的设备上。

  环境光传感器有一类值得重点关注,屏下环境光传感器,ams在环境光传感器拥有完整的硬件、软件,全整套的解决方案,目前能将环境光传感器做到OLED屏下的厂商,只有ams。因为现在手机已经是全面屏,表面开始没有地方可以放Sensor,所以Sensor基本都往屏下发展,现在无论是屏下摄像头,环境光传感器,还是屏下的接近传感器,都非常受关注。

  ams的接近传感器也已经放到屏下。接近传感器原理非常简单,应用也非常广,接近传感器之前主要也是在手机上,现在开始推到IoT市场,比如做光学按键。原理非常简单,红外的发射灯或者红外的激光灯,发射出去,遇到障碍物之后反弹回去,让接收端的传感器接收能量,当被测物离Sensor越近,反射回去接收到的能量也就越多,即物体在靠近,能量也在增加,线性变化输出的值也在变化。

  ams接近传感器的产品非常多,郭海波重点推荐一款小型化的接近传感器TMD2635。

  TMD2635专门针对TWS(True Wireless Stereo)耳机市场推出,最大的特点是整个器件的尺寸在这一类产品中全球最小,2.0*1.0mm封装;第二个特点,除了本身器件非常小,中心间距也非常小,中心间距是指发射端到接收区域之间的距离,所以它支持最小的开孔。

  郭海波介绍,这颗传感器(TMD2635)的孔径中心间距只有1.1mm,支持整个光学开孔(见下图右上角)只有1.5mm直径,并且这个孔已经加了组装公差。因为光学器件用在TWS上,最大的问题是器件因为组装公差或者贴片公差(在x轴、y轴、z都会有公差)的存在,从而很难将光学发射对准光学开孔,一旦器件没有对准光学开孔,或者有一点偏差,AG手机客户端最新版本。它的底噪就会非常大,因为光发不出去,或者光接收不到,会导致器件会有很多不良。

  TMD263 的光学开孔直径1.5mm已经加了所有方向正负0.2mm的公差,因为中心间距只有1.1mm,它是目前全球最小的一颗接近传感器,开孔也支持全球最小。现在很多厂商,很多时候只提中心间距,不提最终的开孔可以开多大,这样就会造成客人在大规模生产的时候,造成大量的不良。

  此外,其功耗也非常低,功耗在工作模式只有70㎂,在sleeping模式也只有0.7㎂,总体来说,也就是它尺寸、功耗、开孔都非常小,特别适合TWS耳机的应用。郭海波表示,业界熟知全球前几大TWS厂商都在用ams的接近传感器做光学检测,ams单环境光传感器就有十几个品类,涉及各种各样的规格。

  让屏幕自适应当前所处的环境色温,让它更加人性化,更加舒服。因为人体有极强的适应性,跟前面的环境光一样,当屏幕很亮,当你不去调的情况,前几秒钟,眼睛会觉得不舒服,可是几秒钟就适应了,因为眼睛可以通过瞳孔的收缩来适应屏幕,而我们需要让智能设备来适应我们的眼睛,而不是让我们的眼睛去适应设备。

  颜色传感器可以帮助屏幕适应当前所处的环境,郭海波重点介绍了ams一颗XYZ颜色传感器TCS3430,这颗传感器直接从XYZ,只通过一步转换到CIE坐标里的小xy的坐标,直接得到对应的颜色和色温,如下图右下角的马蹄图,只要把xy坐标算出来,基本上是什么颜色就可以显示出来。

  TCS3430 的尺寸也非常小,1.75*2.41mm,主要用在环境色温的检测和固体颜色的检测上,应用非常广泛。

  颜色传感器还有另外一个大类,这是一颗集成颜色、接近功能、Flicker检测功能的传感器,不但可以检测环境的亮度、环境的色温,还能检测当前光源是否存在闪烁的现象。比如现在室内的LED灯,大概是2000Hz的闪烁频率,如果是银光灯管,一般是高频闪烁可能是50Hz-60Hz,因为人眼存在视觉延迟,可能不太感觉得出来,有些比较敏感的人能够感觉出来,所以现在很多手机厂商,主打的一个概念是,他们的屏幕刷新率越来越高,从原来的60Hz,到90Hz,比如OnePlus天天打广告,他们已经做到90Hz的屏幕。郭海波介绍到,因为部分人的眼睛非常灵敏,如果刷新率不够快的话,他们还是可以感觉出来的,所以未来还有可能做成120Hz,ams的Sensor就可以检测当前所处环境的亮度、色温和光源闪烁频率。

  有这样一个场景,我们有时候用手机拍电脑屏幕的时候,经常看到手机屏幕有一个个的条纹,因为电脑屏幕是以一定的频率闪烁的,手机Camera可以看出来,因为是手机摄像用的CMOS或者CCD传感器,反应速度更快,而ams的颜色传感器可以帮忙规避这些问题。

  这颗集成颜色、接近功能、Flicker检测功能的传感器,可以用在Moniter、笔记本电脑、IoT设备、智能音箱上,比如很多大型品牌Amazon、facebook做的大屏幕的智能音箱,都用到XYZ或RGB+Flicker的Color Sensor ,这样可以自动的适应当前环境色温、调节屏幕,让用户看起来会更加舒服。

  此外,ams的手势类传感器也值得关注,这类传感器是在集成了环境光、色温的基础上,多了一个手势的功能。手势传感器可以用在多一些用户互动的界面,支持上下左右的挥动,靠近眼鼻的检测,在没有遮挡物的情况下检测距离是20cm。

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