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可穿戴设备撬动传感器蓝海,市场何时爆发?

在科幻电影片中,我们经常能看到各种可穿戴设备,比如:漫威系列电影中托尼·斯塔克的钢铁战衣,《少数派报告》中乔恩·安德顿的体感手套,《星际迷航:下一代》中皮卡德舰长的徽章通讯器……它们几乎是每个科幻爱好者梦寐以求的装备。这些炫酷的可穿戴设备背后,都离不开各种传感器的加持。

现实中的可穿戴设备没有电影中那般神奇,大家都认为,当前可穿戴设备的价值并未被充分挖掘和发挥。“功能单一”和“实用性差”都是制约其发展的主要因素,解决这些问题的关键在于传感器。日前,国际电子商情分析师采访了国内外多家传感器厂商,围绕可穿戴设备传感器做了多方面的探讨。vWzesmc

全球可穿戴设备传感器现状

可穿戴设备中融合了多种类型的传感器,包括运动传感器、生物传感器、环境传感器、皮电传感器、心率传感器、气压计等。这些传感器正如人类的五官,同时又超越人类的五官,它可以精准地“感受”外界环境的变化并作出反应。vWzesmc

在过去的五年里,智能手表、助听器、耳机和AR(增强现实)、VR(虚拟现实)、MR(混合现实)等关键产品类型推动了可穿戴设备的增长,促使传感器的销量有了更大的增长。据麦姆斯咨询预测,到2022年,全球可穿戴设备传感器的市场规模将增长至16.54亿美元,2016-2022年期间的复合年增长率达30.14%。vWzesmc

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值得注意的是,随着传感器技术的发展、5G的进一步商用,可穿戴设备将迅速普及,功能日趋完善。艾迈斯半导体(ams)台湾区总经理李定翰表示,由于人口老龄化进程加快和对个人健康管理更加重视,在电子设备中需要整合越来越多的传感器,这种需求带动了新一波的产品开发和升级的热潮。vWzesmc

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艾迈斯半导体台湾区总经理李定翰vWzesmc

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又因地域差异,中外可穿戴设备市场也有不同的表现。“国外市场以知名品牌的可穿戴产品为主,国内则呈现品牌和应用多样化趋势。国内可穿戴市场正在往细分领域发展,如幼儿安全穿戴、居家看护等应用。”他举例说。vWzesmc

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楼氏电子消费电子事业部中国区技术市场经理杨大稳vWzesmc

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楼氏电子消费电子事业部中国区技术市场经理杨大稳认为,伴随可穿戴设备更加智能化,越来越多的设备需要支持语音识别、语音通话、回声消除和降噪以及音源识别等功能。国外的高端品牌商,如亚马逊、谷歌等,正推出语音功能的戒指、手表和耳机,这些设备支持语音唤醒、语音通话和主动降噪,它们的上市将会带动新的流行趋势。vWzesmc

他还介绍:“国内厂商也在推出手环、手表和耳机等设备,除了基础功能之外,这些设备还支持NFC(近场通信)现金支付、公交卡和身份识别等功能。另外,国内厂商还更注重成本控制和产品生产周期。”vWzesmc

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豪威科技LCOS运营总监张江元vWzesmc

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微显示器是连接AR/VR可穿戴设备与用户的人机交互界面,与其他类型的显示器相比,可穿戴设备所需要的微显示器的尺寸更小,对功耗的要求更严格。豪威科技LCOS运营总监张江元介绍说,特别是用于AR眼镜的微显示器,它还处于产品应用的初期。现阶段国内外对AR设备的定位并不一样:国外AR设备公司希望该产品往手机替代品的方向发展,旨在打造一款既集合手机现有功能,又能实现移动式大屏和3D立体显示的产品。而国内除了部分商用市场之外,AR设备在消费品市场的第一阶段主要以手机配件的形式出现,并逐渐往一体机的方向发展。vWzesmc

可穿戴设备传感器面临的挑战

据IDC预测,2019年全球可穿戴设备出货量有望突破2.229亿台,到2023年这个数值将有望增加到3.023亿台。vWzesmc

消费者对可穿戴设备的期待越高,就越需要引入更多传感器和更好的组件,这给相关的传感器供应链企业带来了挑战。vWzesmc

·技术方面的挑战

当可穿戴设备与云服务连接更紧密时,语音唤醒或控制、语音搜索云内容、语音获取服务等功能将日益普及。硅麦克风可实现高效的噪声抑制和回声消除,能提升可穿戴设备的语音通话质量和音频播放品质。vWzesmc

杨大稳解释,对可穿戴产品的时尚、智能、个性化功能的追求,使传感器朝着小型化、低功耗、高信噪比、宽频响曲线方向发展,具有“集成度高、尺寸小、性能好”特点的硅麦克风将更具优势。为了迎接5G和IoT(物联网)时代的挑战,楼氏电子正在专注更小型化和更低功耗的硅麦克风设计。vWzesmc

张江元称,在可穿戴设备中,AR/VR是5G的重要应用场景之一,也是消费者最容易直观体验的应用场景。目前,AR/VR还局限于部分游戏、特殊工业和商业应用,如:安防、教育、电力、制造和巡检等。应而如何根据不同市场需求,保证技术方向正确和性能领先是企业最大的挑战。[!--empirenews.page--]vWzesmc

·配套服务方面的挑战

除了技术之外,配套服务也是一个难点。李定翰强调,很多可穿戴产品已经有了清晰的市场定位和目标应用,更多新技术的导入增加了产品设计和平台选用的复杂度,系统整合和后台服务也会影响用户对产品的选择。vWzesmc

穿戴式设备有低功耗和抗环境噪声能力的要求,不过由于电池空间有限,使用场景有防水、抗脏污等需求,对传感器的可靠性提出了新的指标。而生物体征识别是最难达到完美的检测。其中,最普遍的应用是对自动调光和姿态的识别,例如:ALS(环境光传感器)和Gyro sensor(陀螺仪传感器)等。“对生命体征的测量有着巨大的市场潜力,未来Bio sensor(生物传感器)一定有非常庞大的发展空间。怎么做到精准并完善软件系统,一直是厂商努力的课题。”李定翰说。vWzesmc

针对可穿戴设备,ams可提供ALS、Color sensor(颜色传感器)、Bio sensor传感器,这些器件应用在智能手表、智能手环、AR/VR眼镜等产品上。李定翰介绍,ams提供的模块可帮助客户省去算法的补偿补丁,节省再应用的开发时间。vWzesmc

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ADI亚太区医疗业务系统应用经理俞毅刚vWzesmc

在医疗可穿戴设备领域,传感器企业不仅要有产品优势,还要有专业技术支持的能力。ADI亚太区医疗业务系统应用经理俞毅刚以体征信号监测器为例,这种设备主要包括专业监护类产品和可穿戴产品。当前,两类产品有进一步融合的趋势,这不但要求传感器具有高性能、低功耗、高集成度、小体积优势,而且还要求传感器企业可提供完整的系统级解决方案和及时专业的技术服务。vWzesmc

据了解,针对可穿戴设备,ADI在光电技术、生理阻抗测量、生理电势采集、温度、运动状态监测以及环境相关(气体/CO2、紫外线监测等)等领域都有成熟的产品和持续地投资。vWzesmc

这些企业都做了哪些工作?

在前文我们提到,“功能单一”和“实用性差”都是可穿戴设备现在的缺点。解决这些问题还需要从传感器上来入手。为攻克这些难题传感器产业链企业都做了哪些工作?由于应用在可穿戴设备中的传感器五花八门,受访者给出了不同的答案。vWzesmc

张江元透露,在可穿戴设备微显示器领域中,主要的技术瓶颈包括芯片尺寸、功耗、亮度以及对比度等。为了能提供更专业的产品和解决方案,用于消费品级产品大量供货,豪威科技一直致力于LCOS技术的量产化:“2017年,在上海松江建成了全球首条12英寸LCOS晶圆级液晶盒自动化封装生产线,解决了应用于AR设备微显示器的LCOS产品的产能和量产稳定性问题;2018年,设计、生产出全球首款将驱动芯片与LCOS显示芯片集成为单一芯片的1080P显示芯片,实现了高集成与低功耗的结合;主动式影像对比补偿工艺技术大幅提升了LCOS面板的影像对比度性能,通过新的封装设计缩减了产品尺寸;此外,豪威松江园区的可控全产业链LCOS面板模组工艺技术保证了国内720P和1080P LCOS面板模组稳定量产。”vWzesmc

【 编者按:LCOS(硅基液晶或单晶硅反射式液晶)显示是LCD(液晶显示器)与CMOS(互补金属氧化物半导体)集成电路有机结合的反射型新型显示技术,LCOS作为新型显示器件具备大屏幕、高亮度、高分辨率、省电等诸多优势,其应用产品被广大消费者和业内人士看好】vWzesmc

李定翰向《国际电子商情》表示,如何在一个模块里整合不同的传感器一直是ams努力的方向。ams通过内部研发或寻找外部合作伙伴来解决该问题,现在相关技术已成功导入到量产模型中。ams还在产品设计的初期就考虑了量产会遇到的难题,且为此提供了完整的解决方案。“保证客户能够从设计生产制造的流程里清楚的了解到最终应用所要体现的效果,从而协助产品达到差异化,解决‘最后一里’的难题。”他称。vWzesmc

楼氏电子可提供全系列的硅麦克风产品,杨大稳坦言,楼氏电子在硅麦克风领域不断开拓新技术和新产品,从MEMS传感单元、ASIC集成IC到封装测试等方面,进行创新研发和应用。力求提供集成度更高、封装尺寸更小、功耗更低和性能更优的产品,同时在进一步研究提升产品的鲁棒性。vWzesmc

俞毅刚介绍说,可穿戴设备佩戴在身体上的什么位置,在很大程度上决定了哪些参数可以被测量,也决定了传感器的主要应用类别。最明显的位置是手腕,其次是头部,再次是胸部。根据不同的佩戴位置,不仅要选择哪些参数可以测量,还要选择使用何种技术。生物电位测量技术适用于心率测量,其信号很强,利用多个电极从身体中轻松获取数据。光技术更适用于单点测量,将光线射入组织中捕捉、测量动脉中血流对光线的反射信号,从接收到的光信号中获知逐搏心跳信息。不过,该技术也存在多项挑战,比如运动和环境光线都会使设计变得困难。[!--empirenews.page--]vWzesmc

为此,ADI推出的第二代可穿戴设备参考平台集成了以上技术。该参考平台设计用于戴在手腕上,但也可以去除软带将设备贴在胸上。据悉,该方案包含支持生物电位测量、光学心率测量、生物阻抗测量、运动跟踪、温度测量的技术,它们全都集成在一个微型电池供电设备中。vWzesmc

可穿戴设备传感器未来趋势

业内人士认为,可穿戴设备在医疗和个人健康领域将有更广阔的市场。近年来,智能手表和智能手环的出货量激增,“心率检测”和“计步功能”是这两类产品的特色功能,从它们的市场表现可以看出用户对健康问题越来越关注。vWzesmc

俞毅刚坚信,具备医疗性能甚至诊断级性能的传感器,将会是可穿戴设备未来的方向。ADI的产品和方案都是具有战略规划的系列产品,目的是引领市场趋势,解决用户系统级应用难题。他强调,“一般情况下,ADI新品的性能会比前一代产品提升三分之一以上。对于开创性的产品,通常可给整机厂商的带来更显著的性能提升。当然,这并不会增加用户的系统方面的成本。”vWzesmc

李定翰透露,可穿戴设备传感器的发展趋势与对健康的关注、身体情况的多元化监测是一致的。如何提供符合医疗规范的传感器,将是未来产品发展的方向。ams在多年前就已经针对该领域投入了很多资源,在未来几年内,将会陆续发布相关的产品。vWzesmc

目前,市面上多种显示技术并存,包括DLP(数字光处理)、Si-OLED(硅基板OLED屏)、LCOS以及MEMS(微机电系统)、Micro LED(微型发光二极管)等。Micro LED是新一代显示技术,其功耗更低、亮度更高、发光效率更好,是可穿戴设备用微显示器的发展方向。但因技术难度大,至今未推出成熟的产品。随着衍射式波导技术发展成熟,业界普遍认为LCOS搭配衍射式波导,将是未来3-5年内AR眼镜的主流技术。张江元介绍,豪威科技能为可穿戴设备提供空间绘制、眼球追踪摄像头模组以及微投影显示LCOS芯片的整体解决方案。其720P、1080P LCOS,采用全数字式芯片技术,在画面均一性、光学性能、残像性能、量产良率方面有更好的性能,且具备百万级产品量产能力。vWzesmc

用户对于可穿戴产品,希望有更优化的系统和更智能的功能。这对传感器提出了微型化和智能化的要求,需要在小型元器件内通过算法,对外界的信号和数据进行主动检测、分析、处理。杨大稳介绍,作为实现语音交互功能的关键器件,硅麦克风将会被各种可穿戴设备广泛采用,来提升其智能化、便利性和音频性能。楼氏电子提供了一系列的智能麦克风、数字硅麦和模拟硅麦以及其它各类产品,以此来满足可穿戴设备市场的需求,同时根据市场供需的变化开发创新性产品。vWzesmc

本文为《国际电子商情》2019年12月刊杂志文章,版权所有,禁止转载。免费杂志订阅申请点击 这里vWzesmc

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  • 老同学,你好棒
李晋
国际电子商情助理产业分析师,专注汽车电子、人工智能、消费电子等领域的市场及供应链趋势。
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