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感測技術實現智慧生活
打造物聯網根基

【作者: 王明德】   2015年10月28日 星期三

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物聯網被譽為IT產業10年來最重要變革,影響所及甚至將超過網際網路,物聯網的架構可粗分為3部份,包括第1層的感測網路、第2層的通訊、第3層的數據儲存分析、第4層的應用,由此架構來看,感測層是整體物聯網的根基,透過各類感測器所擷取的數據,將匯集成龐大資料庫,以供後端決策制定的輔助,因此感測技術將會是建構物聯網成敗的第一關鍵。


多軸化已是既定趨勢

感測系統朝向多軸化發展,是感測應用市場的重要趨勢,事實上,感測系統的多軸化腳步,一直沒有停止過。

在IT市場中,感測並非新技術,不但技術成熟多時,應用也早已廣泛,意法半導體大中華暨南亞區類比微機電與感測元件經理蘇振隆指出,感測器是感知網路的第一線,在技術方面,動作感測是目前最普及的技術,聲音感測則仍處於發展狀態,不過未來相當具有發展潛力。


放眼未來感技術趨勢,無論是物聯網或穿戴式裝置,未來感測元件仍有幾個共通趨勢,首先是系統多軸化,感測系統朝向多軸化發展,是感測應用市場的重要趨勢,事實上,感測系統的多軸化腳步,一直沒有停止過,從早一代的單軸感測器,演進到目前常見的3軸、6軸、9軸、10軸、11軸,甚至最新的12軸感測系統,多軸化已經是不可逆的道路。



圖1 :  意法半導體大中華暨南亞區類比微機電與感測元件經理蘇振隆指出,感測器是感知網路的第一線。(攝影/王明德)
圖1 : 意法半導體大中華暨南亞區類比微機電與感測元件經理蘇振隆指出,感測器是感知網路的第一線。(攝影/王明德)

而感測器所謂的「多軸」,到底有哪幾軸?哪些軸又是必要的,哪些只是次要的?一般來說,從三軸加速度計、三軸陀螺儀到三軸電子羅盤,此9軸已經幾乎成為智慧手機的標準配備,透過這三種感測器已經幾乎可以完成絕大多數的應用,可堪稱是感測系統中的「三大主軸」。


除了這三種感測器之外,包括高度計、壓力計、溫度計與光感計等,都陸續被加入感測系統,成為多軸化的成員之一,既然多軸化已是既定趨勢,未來將會有更多廠商持續研發更多軸的感測平台,來符合市場應用需求。


只不過,感測器的多軸化,會不會一直不斷延伸下去,無窮無盡、也沒完沒了?感測器的擴增,當然有其數量的限制,畢竟主要的感測器如加速度計、陀螺儀、電子羅盤等三者就幾乎可以滿足多數的應用環境,目前廠商持續增加的,都是諸如壓力計、溫度計等這類「單軸」感測元件,這些元件可以越加越多,未來消費者隨身攜帶的手機,就會是一個完整的感測系統。


整合是永遠的課題

第2個趨勢則是高度整合,蘇振隆指出,隨著物聯網與穿戴式裝置的火紅,成功整合感測器將更形重要,既然感測系統多軸化已經是個重要趨勢,隨之而來的整合工作,就是另一件重要的大事,畢竟沒有設計工程師希望看到,所採用的多顆感測器散落在電路版上的每個角落,不僅增加設計的困難度,對於系統的輕薄化也毫無任何幫助。



圖2 :  隨著物聯網與穿戴式裝置的火紅,成功整合感測器將更形重要。(Source: PHYS.org)
圖2 : 隨著物聯網與穿戴式裝置的火紅,成功整合感測器將更形重要。(Source: PHYS.org)

目前感測器大廠所主推的方案,除了單顆感測器之外,最常見的就是模組化的感測系統,透過模組化的方式,將多軸感測器整合在一起,多半還會加上自家的處理器或MCU等,ST就是一例,透過旗下完整產品所打造的解決方案,將整套感測系統一起出貨給物聯網、穿戴式裝置的系統商或設備商,畢其功於一役。


一體化的模組固然可為設計省下不少麻煩事,但以目前行動裝置輕薄化的趨勢來看,以模組方式來出貨仍然稍嫌笨重了些,看起來進一步透過系統級封裝,來打造單一顆完整的感測系統晶片,將是滿足感測系統高度整合的必要手段。


感測系統多軸化之後,這代表在同一系統中必須擁有多種不同的感測元件。然而感測元件範圍包山包海,從常見的加速度計、陀螺儀和地磁羅盤,到壓力計、溫度計、光感計,甚至能感測聲音、味覺、嗅覺等感測器,以目前來看,多數廠商至多擁有部分技術,但要廣泛全面包辦所有感測產品,這樣的廠商目前仍少之又少。


提供完整解決方案

放眼未來,感測技術自有化,將是所有感測大廠致力追求的目標。

不是所有廠商都能一手包辦所有感測元件,目前多以自有技術與向外採購來拼湊,因此,在多軸感測系統上,最常看見的情況就是各取所長,也就是本身已有的產品當然就持續採用,至於本身不擅長者,就與市場上的廠商合作,將不同廠商的感測元件整合在同一個感測模組上,打造成一個系統。


這種狀況雖然常見,不過業界人士也有不同看法,由於晶片非系出同門,因此品質就端視各廠商的技術,也因此在半導體產業,晶片廠喜歡強調其產品從上中下游一手包辦,就是因為品質能夠自行掌握,不會有外來因素影響。


放眼未來,感測技術自有化,將是所有感測大廠致力追求的目標,不論是自行開發或者透過併購獲得技術,在感測技術自有化之後,感測大廠將更容易打造品質一致的多軸感測平台,重點是,技術自有,對於系統的整合,更將更有事半功倍之效。


**刊頭來源:(Source: University of Minnesota )


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