利用傳感器技術(shù)打造最佳軟硬件應(yīng)用系統(tǒng)

更智慧、更便利的生活，是人們追求的愿景，而要讓生活變得更智慧化，一切都需要從廣布大量的傳感器開(kāi)始。不僅如此，這股智慧化的風(fēng)潮還吹進(jìn)了城市、工業(yè)生產(chǎn)制造、交通等領(lǐng)域，造就所謂的智慧交通、智慧城市、智慧樓宇等新應(yīng)用，這不但突顯傳感器的重要性，其衍生的商機(jī)也讓半導(dǎo)體供應(yīng)商為之瘋狂，紛紛發(fā)布符合市場(chǎng)需求的產(chǎn)品。

結(jié)合五感及更多技術(shù)傳感器將改變生活

眾所周知，傳感器主要的功能就是感知各種周遭的信息，但若是測(cè)得的信息無(wú)法進(jìn)一步解讀、傳遞，則傳感器就只是傳感器，無(wú)法發(fā)揮其在各種應(yīng)用環(huán)境中真正的感知功能。英飛凌科技（Infineon）電源管理及多元電子事業(yè)處大中華區(qū)射頻及傳感器部門總監(jiān)麥正奇表示，在消費(fèi)類電子領(lǐng)域，傳感器的應(yīng)用已從觸控、語(yǔ)音識(shí)別、手勢(shì)識(shí)別到近期開(kāi)始發(fā)展的人臉識(shí)別。在此過(guò)程中，觸控傳感器、MEMS麥克風(fēng)，到帶來(lái)大改變的雷達(dá)傳感器所實(shí)現(xiàn)的手勢(shì)識(shí)別，以及透過(guò)激光測(cè)距實(shí)現(xiàn)3D人臉識(shí)別的飛時(shí)時(shí)間（Time of Flight，ToF）傳感器，都逐漸在改變?nèi)藗兊纳睢?/p>

據(jù)麥姆斯咨詢介紹，有鑒于此，英飛凌科技針對(duì)消費(fèi)性領(lǐng)域推出XENSIV傳感器系列，以期可加速打造新世代的智慧生活。麥正奇指出，傳感器不是讓應(yīng)用擁有觸感、會(huì)“說(shuō)”、或會(huì)“看”就足夠，而是還要加入“聽(tīng)覺(jué)”、“嗅覺(jué)”、“感受”等，讓應(yīng)用具備人類的五感，甚至若是要讓應(yīng)用能夠進(jìn)一步“了解”環(huán)境，傳感器本身需要相互搭配，也將與人機(jī)接口（HMI）、傳感器中樞（Sensor Hub）進(jìn)一步融合，才能讓人們的生活更添智慧。

XENSIV傳感器系列產(chǎn)品包括MEMS麥克風(fēng)、氣壓傳感器、光學(xué)傳感器、環(huán)境傳感器、60GHz手勢(shì)感測(cè)、24GHz雷達(dá)傳感器與3D飛行時(shí)間測(cè)距傳感器等。麥正奇認(rèn)為，隨著智能語(yǔ)音相關(guān)應(yīng)用發(fā)展日益蓬勃，未來(lái)高性能、抗雜訊能力高的MEMS麥克風(fēng)需求也將跟著水漲船高；而24GHz與60GHz毫米波（mmWave）雷達(dá)由于可以檢測(cè)物體位置、方向、距離與速度，因此已逐漸開(kāi)始從汽車領(lǐng)域延伸到工業(yè)、消費(fèi)類電子及其他應(yīng)用范疇。預(yù)期2021~2027年將是價(jià)格具有競(jìng)爭(zhēng)力的盲點(diǎn)檢測(cè)（BSD）模組的黃金期，其他包括室內(nèi)外智慧照明、安防監(jiān)控與智能家電，也將是24GHz雷達(dá)的新興應(yīng)用范圍。

除了上述提到的MEMS麥克風(fēng)與雷達(dá)傳感器，加上近期市場(chǎng)正逐漸萌芽的飛時(shí)時(shí)間（ToF）傳感器，都將是未來(lái)英飛凌科技在傳感器市場(chǎng)較為專注的重點(diǎn)。此外，為了滿足市場(chǎng)各種需求，英飛凌科技在傳感器工藝方面，亦有獨(dú)到之處。舉例來(lái)說(shuō)，英飛凌透過(guò)開(kāi)腔式結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，讓MEMS傳感器能具備高精準(zhǔn)度、更低的功耗，以及更佳的信噪比（SNR）表現(xiàn)；而該公司預(yù)計(jì)于2019年發(fā)布的二氧化碳?xì)怏w傳感器，將是整合傳感器與微控制器（MCU）的全球最小二氧化碳傳感器模組。

此外，考量到應(yīng)用或智能設(shè)備需要“了解”更多環(huán)境信息，并能讓智能設(shè)備能夠根據(jù)所理解的信息，進(jìn)一步給予消費(fèi)者“反應(yīng)”，傳感器需要和人機(jī)接口融合。英飛凌科技大中華區(qū)電源管理及多元化市場(chǎng)資深經(jīng)理廖明頌表示，過(guò)去一臺(tái)機(jī)器上只會(huì)有一種人機(jī)接口，如觸控功能，讓使用者能和機(jī)器間有直覺(jué)的溝通管道，但若是有更多的傳感器結(jié)合人機(jī)接口，未來(lái)人與機(jī)器的溝通將更無(wú)縫、更加直覺(jué)，機(jī)器甚至可以做出更適當(dāng)?shù)姆磻?yīng)。

不僅如此，融合更多傳感器的人機(jī)接口，可以讓設(shè)備獲得更多信息，再輔以人工智能（AI）進(jìn)行分析，并下指令，將可實(shí)現(xiàn)更有效且自然的人機(jī)溝通。廖明頌認(rèn)為，傳感器融合人機(jī)接口，未來(lái)也可望將目前看似各自獨(dú)立的市場(chǎng)，如智慧家庭、智能音箱、機(jī)器人或是安防監(jiān)控系統(tǒng)，進(jìn)一步連接，甚至共用產(chǎn)品。

傳感器逐漸滲透至工業(yè)領(lǐng)域

生活邁向智慧化的同時(shí)，工業(yè)制造領(lǐng)域當(dāng)然也得智慧化，以提升產(chǎn)能及品質(zhì)，并兼顧操作環(huán)境的安全，這也是工業(yè)4.0（Industry 4.0）、智能制造等概念的實(shí)現(xiàn)。

傳感器在消費(fèi)類電子，尤其是智能手機(jī)上的成功經(jīng)驗(yàn)，讓傳感器搖身變?yōu)橐磺兄腔刍拈_(kāi)端。而隨著工業(yè)4.0概念如火如荼的發(fā)展，要落實(shí)工業(yè)4.0，傳感器的導(dǎo)入成為必要，因此工業(yè)市場(chǎng)開(kāi)始啟動(dòng)對(duì)傳感器的需求，相關(guān)半導(dǎo)體業(yè)者也開(kāi)始摩拳擦掌。

意法半導(dǎo)體（STMicroelectronics）MEMS傳感器產(chǎn)品部消費(fèi)類MEMS事業(yè)單位總監(jiān)Simone Ferri表示，事實(shí)上，意法半導(dǎo)體的MEMS傳感器一開(kāi)始是為汽車與工業(yè)應(yīng)用所研發(fā)，卻在消費(fèi)類電子領(lǐng)域發(fā)光發(fā)熱，而在第四次工業(yè)革命與智能駕駛開(kāi)始發(fā)展后，才一路“紅”回汽車及工業(yè)市場(chǎng)。

傳感器在工廠制造環(huán)境中，可以滿足各種應(yīng)用需求。包括機(jī)械生產(chǎn)設(shè)備預(yù)測(cè)性維護(hù)與自動(dòng)化、資產(chǎn)追蹤與供應(yīng)鏈、即時(shí)監(jiān)測(cè)與校準(zhǔn)、震動(dòng)檢測(cè)防竄改、油電用量計(jì)算，以及流量計(jì)算水位監(jiān)測(cè)等。面對(duì)許多廠商想導(dǎo)入工業(yè)4.0實(shí)現(xiàn)智能制造，卻擔(dān)心是否須全面汰換現(xiàn)有設(shè)備的問(wèn)題，F(xiàn)erri認(rèn)為，針對(duì)現(xiàn)有生產(chǎn)設(shè)備，意法半導(dǎo)體可協(xié)助廠商以“外掛”的方式加入傳感器，再以無(wú)線的方式讓傳感器得以和中控裝置連接；新的生產(chǎn)設(shè)備則是可以透過(guò)“內(nèi)建”的方式預(yù)先安裝傳感器，再利用有線或IO-Link連接，不需要對(duì)現(xiàn)有的廠房設(shè)備進(jìn)行過(guò)多的變動(dòng)。

且為了滿足不斷產(chǎn)生的智慧工業(yè)市場(chǎng)新需求，以及要求傳感器須具備更高精準(zhǔn)度、更低的耗電與更佳的可靠度，意法半導(dǎo)體不僅透過(guò)新的工藝技術(shù)提升現(xiàn)有產(chǎn)品的性能，也持續(xù)推出新產(chǎn)品如三軸MEMS傾斜儀，甚至提出新的監(jiān)測(cè)方式。

Ferri說(shuō)明，現(xiàn)有的監(jiān)測(cè)方式是傳感器收集到許多來(lái)自馬達(dá)或機(jī)械設(shè)備的原始數(shù)據(jù)時(shí)，直接將大量的數(shù)據(jù)往云端傳送，進(jìn)行處理分析與儲(chǔ)存；意法半導(dǎo)體提出的新監(jiān)測(cè)方式則是，透過(guò)傳感器融合或可調(diào)適型傳感器群集與人工智能收集數(shù)據(jù)，并預(yù)先處理資料和警報(bào)，才將已先處理的數(shù)據(jù)傳送到云端，如此一來(lái)，即可以建構(gòu)更輕量的智慧云端架構(gòu)。

另外，雖然目前因應(yīng)智慧工廠的發(fā)展而使傳感器在工業(yè)市場(chǎng)也有用武之地，但畢竟工業(yè)與消費(fèi)類市場(chǎng)對(duì)于傳感器的需求也有些不同，因此在工藝技術(shù)上也須有所調(diào)整。Ferri舉例，工業(yè)市場(chǎng)對(duì)于半導(dǎo)體元件要求的溫度范圍須達(dá)105℃、精確度也要更高、元器件反應(yīng)時(shí)機(jī)也要更精確；再者，工業(yè)使用環(huán)境更為嚴(yán)苛，各項(xiàng)參數(shù)的調(diào)校與測(cè)試勢(shì)必更嚴(yán)格，因此透過(guò)不同的工藝封裝技術(shù)，如陶瓷封裝、LGA塑料封裝與定制化封裝解決方案，才能制造出符合需求的工業(yè)傳感器產(chǎn)品。

算法至關(guān)重要

值得注意的是，算法軟件需要緊密結(jié)合傳感器硬件，才能打造出最佳化的應(yīng)用系統(tǒng)。麥正奇指出，就識(shí)別相關(guān)的應(yīng)用而言，傳感器收集的大量的數(shù)據(jù)需要搭配軟件、人工智能算法，才能提升識(shí)別準(zhǔn)確度，因此英飛凌科技已從傳感器元器件供應(yīng)商開(kāi)始轉(zhuǎn)型為解決方案提供商，也就是說(shuō)，面對(duì)客戶各種不同的應(yīng)用需求，英飛凌將提供客戶真正需要的算法與硬件，協(xié)助客戶建構(gòu)符合他們期待的應(yīng)用系統(tǒng)。

意法半導(dǎo)體由于看準(zhǔn)傳感器融合可以將傳感器本身的功能實(shí)現(xiàn)得更好，并達(dá)到很好的使用性能，加上擁有微控制器、電源元件等產(chǎn)品，因此公司內(nèi)部已自行開(kāi)發(fā)結(jié)合軟硬件的參考設(shè)計(jì)方案。不過(guò)由于該公司不想與客戶為敵，因此此內(nèi)部參考設(shè)計(jì)方案，僅提供給一些沒(méi)有能力自行開(kāi)發(fā)應(yīng)用軟件的廠商，若是此方案不符合客戶所需，意法半導(dǎo)體將與第三方合作伙伴共同合作，滿足客戶的傳感器應(yīng)用所需。