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原创 2015技术展望:物联网潮流会有哪些新花样?

2015-1-30 09:24 511 0 分类: 通信
借物联网的东风,智能产品正百花齐放。物联网要实现万物互连,意味着接入设备离不开思考用的大脑——CPU/MCU,和交流用的嘴——无线或有线连接。这样的需求为设备厂商产品更新换代带来了巨大商机,同时也为CPU/MCU和通信厂商带来了不小利润。 一句玩笑话是“这年头如果买东西,贴上‘智能’的标签后物价局就没法管了,一时间各种‘智能’得要你哭笑不得的玩意儿都冒出来了”。如今的市场上充斥着各种各样的智能产品——智能手镯、智能扫地机器人、智能路由器、智能吸尘器、智能座便器等数不胜数,并且智能设备的增速将远大于人口的增长速度。然而,现在的这些“智能”产品真够智能吗?它们之间能实现方便对话吗?再往下去,创新产品的设计之路又该往哪里走? 日前,易维讯(EEVIA)举办的“2015产业和技术展望研讨会”让人耳目一新,会议邀请到Freescale、ADI、富士通、硅谷数模和集创北方等五家行业内顶尖的供应商分享了产业趋势。从这次会议中可以归纳出物联网时代产品开发的几个关键点:开放互连、简单易用;根据不同的应用需求,各种通信之间形成有力补充;特殊场合要做到安全可靠;穿戴式设备的数据分析必须做到云端上。 《电子技术设计》网站版权所有,谢绝转载 物联网至于用那么多盒子吗?No! 物联网涉及到消费类电子、工业控制、汽车电子、医疗电子等方方面面。全世界人口目前大约70亿,五年后增长不会超过10%,而物联网设备的增速却会高出2倍。得益于在物联网市场上的优势(图1),飞思卡尔半导体公司去年的净利润实现了大幅提升。

图1:飞思卡尔为汽车电子、网络、工业和消费类电子四大主要市场提供MCU、联网、车载MCU、模拟和传感器及射频等关键元器件。
图1:飞思卡尔为汽车电子、网络、工业和消费类电子四大主要市场提供MCU、联网、车载MCU、模拟和传感器及射频等关键元器件。

“现在的物联网,BAT(百度、阿里巴巴和腾讯)、小米、美的和格力都在做各自的标准,国外的标准也很多。从芯片厂商的角度讲,我们能够做开放的平台和开放的系统兼容各种不同的标准、应用和场景,来给智能家庭、个人医疗和智慧家电提供服务。”飞思卡尔微处理器部亚太区业务发展高级经理孙东先生演讲的主题是“开放式物联网的应用及未来”(图2)。

图2:飞思卡尔微处理器部亚太区业务发展高级经理孙东。
图2:飞思卡尔微处理器部亚太区业务发展高级经理孙东。

“我们讲到开放,不光是自己做一些东西,做我们的芯片、做我们的方案,我们也联合IoT比较知名和细分市场比较有名的厂商做一些产品。” 孙东谈道,“我们也在做WiFi的模块(图3)。市场对WiFi的模块需求比较大,BAT分别投自己的WiFi的模块厂商。我们也利用我们的优势和国外、本土的WIFI厂商合作。除了提供模块以外,我们还在和类似BAT云服务的公司合作,为客户提供云服务。”

图3:Freescale和高通合作设计的WiFi模块,计划在本月底或下月初有相应的产品推出。
图3:Freescale和高通合作设计的WiFi模块,计划在本月底或下月初有相应的产品推出。

智能家庭中有多个应用,每一个应用对应的系统和网关都不一样。个人医疗、能源管理以及安防等应用,它们的提供商、运营机制和对接协议都不相同。每推出一个标准就要推出一个网关,忠实的用户可能有四五个盒子。盒子多了对用户来说不仅采购成本比较高,用户体验、可操作性也很差,设备不同系统之间的对接也非常麻烦。 又比如,支持IoT家庭服务的盒子有很多,包括电视机顶盒、路由器和远程医疗接入的网关。从智能家庭的角度看,接入商比较多,比如乐视TV做OTT接入方式,传统广电运营商的接入方式,移动互联网的接入方式,安防电缆接入方式,国家电网在探讨的光纤到户接入方式。接入方式很多,提供的服务很多,对用户来说选择也非常麻烦。 真的需要这么多盒子吗?No!飞思卡尔开发的一套系统——OneBox(一体化盒子,图4),只用一个盒子就能连接多个系统!OneBox完成了包括协议转换、不同协议标准的支持,以及传统网关加密和数据存储等多个功能。

图4:OneBox的含义是,将所有盒子集成到一个盒子中。
图4:OneBox的含义是,将所有盒子集成到一个盒子中。

“OneBox在局域网中支持所有不同的短距离无线通信标准,远距离通信支持光纤、电力线载波等等。灯光控制采用ZigBee模式,摄像头、智能插座采用WiFi模式,智能酒店采用无线联网控制,不同的模式不再需要买多个网关,用一个网关就可以将不同的制式支持起来。” 孙东兴奋地谈道,“我们讲到开放,不光是飞思卡尔在硬件上运用开源操作系统,也是和其他厂商进行合作。用户不用管底层支持,只需要关注自己应用层的开发。有一个客户告诉我,我以前做的事,需要雇两个蓝牙工程师,再雇两个WiFi工程师开发新产品。他用我们的方案,底层是我们做好,他做应用开发,系统的稳定性都有很大的提高。” 《电子技术设计》网站版权所有,谢绝转载 软件无线电设计也能像手机设计一样简单 物联网和4G的技术市场有没有关联?现在很多人都看好更高带宽和更高速率4G网络,它会对IoT的发展起到推波助澜的作用吗?此外,LTE制式越来越多,又会有些什么样的技术应对?且听ADI公司渠道管理以及新兴应用市场高级应用经理章新明(Eagle)先生为大家解密(图5)!

图5:ADI公司渠道管理以及新兴应用市场高级应用经理章新明
图5:ADI公司渠道管理以及新兴应用市场高级应用经理章新明

“软件无线电的关键器件射频捷变频收发器DA936x市场上的情况是怎样?一句话就是供不应求,我们已经生产不出来了。”可见ADI最近生意也是好得不得了,Eagle开场就冒出这么一句话! 我们知道软件无线电技术可用来解决移动通信(基站)多制式的问题,那么为什么要用这种方式呢?一个字“钱”。“软件无线电有很多需求,需求来源于大家的设计挑战。”Eagle解释道,“手机总体投入产出很大,可以投很多钱,但在别的市场不是这样,所以挑战很大。” 在基站这个领域(SDR除了可用于标准基站,还可以用于很多其他非标通信应用中),芯片集成度越来越高,要求越来越高,而成本压力越来越大。新产品采用新工艺设计,能够降低成本,但在早期却难以被像华为这样对质量要求严格的客户所接受。再者,产品还要求能灵活配置,支持现场可升级。随着铁塔公司成立,要求变得更高。设备安装后不能随便更换,只能在下面换软件。这个要求对大家的挑战非常大。 “另外一个是性能要求。现在4G轻而易举就能看视频,而以前GSM在过年时发个短信都成问题,为什么?带宽太小。” Eagle补充说,“芯片不支持是一方面。就算是芯片支持,也不能支持可变带宽。对我们的器件来说,AD要快,快的话功耗高、成本贵。最困难的是滤波器,因为一个宽带的系统要支持200k的GSM,必须把带宽缩下来。宽带不支持窄带,窄带不支持宽带,这是最大的矛盾。” 还有产品上市时间的要求。工程师碰到的问题是做基带,也就是懂协议的人需要懂模拟,需要懂嵌入式设计,因为他是最懂系统的,很可惜他对模拟往往一窍不通。而反过来,射频工程师,射频玩得非常好的,一般不懂数字,协议更不懂。这就需要集成式RF收发器像手机射频级芯片那样,信号送出去以后工程师就不用再考虑。“我们从芯片精度高、容易用,有仿真、开发原代码和参考设计,让你的系统一开始就能做好。” “AD9361/64系列集成式射频收发器非常的成功(图6)。这个芯片系列有一千多个寄存器,集成了模拟滤波、混频器、数据转换器、发射和接收的频率合成器。单芯片集成了所有其它功能,灵活可配置,是真正的软件无线电,可以现场升级,没有风险;可以实现快速上市,实现了体积小,还解决包括散热、功耗的问题。”

图6:AD9361软件定义射频收发器IC结构图及规格。AD9364区别仅在于通道数为1×1。
图6:AD9361软件定义射频收发器IC结构图及规格。AD9364区别仅在于通道数为1×1。

AD9361/64芯片的工作范围从70MHz到6GHz全部支持。带宽从200KHz到56MHz都支持,也就是从GSM到微波的范围全部支持。这款芯片点亮了整个市场,做一个标准基站或是非标产品也能像做手机一样简单。 最后,Eagle在应用上分享几个创新案例(图7)。测试仪器,像频谱仪和网络分析仪,太重太贵不易带出,而现场测试人员又很需要这样的仪表。用AD9361就能实现这种功能,可以把频谱仪做成便携式的。通信遥测设备,比如最近很火的四轴飞行器,要做到图像实时传输。WiFi飞远了会没信号,AD9361就非常适合做这种产品。

图7:AD9361/64软件定义RF收发器的创新案例。
图7:AD9361/64软件定义RF收发器的创新案例。

《电子技术设计》网站版权所有,谢绝转载 FRAM比EEPROM快,方案反而还便宜,你相信吗? 以前只知FRAM的性能优势(图8、图9),而不知FRAM内部到底是个什么结构。这次富士通半导体上海有限公司市场部经理蔡振宇(图10)总算来了个大扫盲,并着重介绍了好几款创新应用。

图8:FRAM性能特长。
图8:FRAM性能特长。

图9:FRAM与其它存储器的比较。
图9:FRAM与其它存储器的比较。

图10:富士通半导体上海有限公司市场部经理蔡振宇。
图10:富士通半导体上海有限公司市场部经理蔡振宇。

FRAM是一种运用铁电材料(PZT等)的铁电性和铁电效应来进行非易失性数据存储又可以像RAM一样操作的存储器。当一个电场被加到铁电晶体时,中心离子顺着电场的方向在晶体里移动;当离子移动时,它通过一个能量壁垒,从而引起电荷击穿。内部电路感应到电荷击穿并设置存储器。移去电场后中心离子保持不动,存储器的状态也得以保存。材料本身的迟滞特性的两个稳定点代表0或1的极化值(图10)。

图11:FRAM技术和工作原理示意。
图11:FRAM技术和工作原理示意。

富士通FRAM包括三大类:单体FRAM、RFID FRAM和认证FRAM。下面来看FRAM在具体应用上都有哪些优势(图12)。

图12:FRAM RFID在生化、医药、医疗中的应用。
图12:FRAM RFID在生化、医药、医疗中的应用。

1. 无需后备电池有哪些好处?数控机床需要实时记录重要数据,数据量很大的情况下,以往都是加上一个后备电池用于保存数据。采用FRAM后,就可以把后备电池拿掉。后备电池有很多问题——会漏电,用两三年电漏掉后要更换,对后面的维修会很有麻烦。去掉它,可以减少维护保养的时间,做到环保。此外,采用FRAM比采用SRAM+电池的方案可能会更便宜。 2. 工厂自动化和维护应用。在汽车的生产线上,像大众这种大厂,每年的生产量都会往上提。生产量往上提,要把现有生产线的效率提高。在整个汽车生产中又要使用RFID,要把生产线、流水线变快的话,RFID读取速度要变快。这就需要更快的流水线运转速度,提高RFID读取速度。富士通有一颗128C就成功运用在了这样的领域。 3. 公路收费卡。有广东的朋友在进出站时出现收费卡读不出来的情况,因为使用的频率高,超过一百万次失效了。FRAM RFID则不会读到极限(1012次)。另外,它不存在EEPROM读写距离不同的问题——EEPROM RFID在写数据时要先升压收集电场能量,FRAM则无需。 4. 波音飞机上使用了富士通RFID。飞机过一段时间需要大修、年检。每个零件可以照取,可以把维修记录通过RFID反映出来,知道哪个部件要坏了,哪个部件可能有问题要更换等等。 5. 医疗和医药是FRAM RFID的传统市场。像手术台的追溯、药剂盒子、类似于穿刺、血透的管子,美国和欧洲会有很多接触到医疗器械的地方,需要经过γ射线消毒。普通的RFID满足不了要求,只能用到FRAM的RFID。原来是美国和欧洲的要求比较多,然而现在,中国的医院和客户也慢慢对此提出了要求,并且会越来越多。目前市场上只有富士通的FRAM RFID可以满足这些需求。 6. 冷链控制。疫苗运输有一个集装箱柜,需要实时记录温度系数和运送时的具体温度。以前是运用主动标签,一个点一百多元人民币。车里做一个WiFi的节点,送到驾驶室,目的地再把节点的数据读出来。改为FRAM RFID的方式,一个结点用简单的MCU加温度模块加FRAM RFID即可。运输到数据可以RFID五个点一读,就可以把运送的流程拿出来。这给客户省了不少钱,一百多元的主动标签还是比较贵,基本上可以降到一半的成本。 7. 打印机墨盒。佳能、EPSON的打印机只认自己的墨盒,假的墨盒它就会弹出来,并告诉你用了盗版墨盒。这是怎么做到的?它用的就是认证FRAM。打印机一个芯片,墨盒一个芯片。打印机取墨像对暗号一样。为这种应用设计的认证芯片,里面有AES128加密的数据,出厂前就和厂商谈好了每种不同的打印机和墨盒有对应的暗号。通过这种方式进行验证,客户的知识产权可以得到保护。 8. 内窥镜。内窥镜有一个转换头,一个客户希望那个头匹配自己的内窥镜片的头。他把认证芯片加到内窥镜的头里,实现了类似于墨盒的工作——我的机器只能配我的头。

图13:FRAM和EEPROM对比Demo。用数据说话——两者都是并口,前者(右)性能远超后者(左)。
图13:FRAM和EEPROM对比Demo。用数据说话——两者都是并口,前者(右)性能远超后者(左)。

《电子技术设计》网站版权所有,谢绝转载 通用控制台势必颠覆OTT盒子、主机游戏以及移动计算 熟悉硅谷数模(Analogix)公司的工程师都知道,SlimPort是他们家的技术。最近这家公司发布的一款名为SlimPort NANO∙CONSOLE的通用控制台,实现了对OTT盒子和主机游戏以及移动计算的颠覆性创新。 “全球内置DisplayPort芯片出货数量超过10亿台,其中比较著名的是iPhone的AP从A5到A8里都有,直到今天上个月还在跟苹果谈一个新版的AP,后续iPhone的AP会持续支持。今天拿的iPhone的接口实际上内部跑的是我们的架构。”硅谷数模市场总监梁茜女士首先介绍说。

图14:硅谷数模市场总监梁茜。
图14:硅谷数模市场总监梁茜。

随着屏幕分辨率提高,AP处理器到屏的带宽变得越来越大,才能输出4K、2K或者1K的显示。之前的老式接口已经不能满足大数据的带宽,新的连接方式已经转向了更高速率的接口方式。 现在手机、平板、笔记本里会内置一个传输芯片,将4K、2K或者1K这种大带宽、大数据的内容向外输送。现在看到的普遍接口是SlimPort USB的方式。SlimPort采用了和iPhone的IP同样的技术,目前单通道带宽达到了6.75Gbps。SlimPort现在支持的最大向外输送视频的带宽已达4K×2K。

图15:普京送习大大的YotaPhone2手机,采用的就是SlimPort接口。
图15:普京送习大大的YotaPhone2手机,采用的就是SlimPort接口。

“现在小孩看到一个屏就会去用,要是一个便携东西能干所有的事就好。内容从云端读取,不用拷来拷去。我就是把我所有的文档存到阿里云,在手机上读取阿里云,用手机来做这个演讲的。回家之后把手机放到平板、电视旁边,不用买盒子。到办公室加一个蓝牙键盘,企业服务器读取工作内容,直接输入和分享。”梁茜分享道。 在家里是不是还要买盒子、X-BOX,这是不是手机就可以干呢?手机可以变成很多东西:它能变成OTT盒子,读取优酷、爱奇艺内容;可以直接配一个小手柄玩手机里的游戏。

图16:通过SlimPort将手机连接到大屏玩游戏,今后还会对带手柄的游戏提供支持。
图16:通过SlimPort将手机连接到大屏玩游戏,今后还会对带手柄的游戏提供支持。

下面来看看NANO∙CONSOLE是个怎样的东西。“这款产品是配合手机和平板做的底座,有充电和视频输出的功能。它是盒子的形态,放一个小摇控器,放一个底座。最后的形态是盒子里配一根线,这个能做什么?手机如果不是用的SlimPort接口,它可以给手机进行充电。如果是SlimPort接口,用户想看手机或平板上的内容,可以通过遥控小板和手机配对去控制手机,读取手机内容播放到电视上。后面有一个HDMI接口和HDMI显示器相连接。同时,这根线还在给移动设备充电,玩游戏不用担心耗电的问题。”梁茜表示。

图17:NANO∙CONSOLE可以将SlimPort手机高清内容连接到大屏播放,还可以用来唱卡拉OK、玩游戏和看电视节目。
图17:NANO∙CONSOLE可以将SlimPort手机高清内容连接到大屏播放,还可以用来唱卡拉OK、玩游戏和看电视节目。

它支持移动端播放到4K的输出,这样就可以将手机变成4K内容获取源,再配上4K高清电视,就可以自己拍摄和播放4K视频。同时,它支持7.1声道,4K×2K和7.1声道可以同时输出,这样唱卡拉OK直接买一个话筒就可以了。又比如说看电视节目,不用跑电视机旁边去快进快退,拿小板控制即可。除了HDMI的接收端,连投影、DVI它都可以。后续,硅谷数模在游戏场景方面还会跟手柄厂商合作,将推荐的游戏改成可以用手机玩。SlimPort还计划与汽车车载做连接,使手机可以直接到汽车的显示屏。 笔者认为,Slimport的这一创新不仅绕开了广电总局对OTT盒子内容下载的限制问题,同时也解决了移动办公场景下携带笔记本的不便性。SlimPort今后在市场上将会迅速铺开。再来看Freescale的OneBox解决方案,做盒子的厂商要注意了! 最后,DisplayPort是唯一定义在USB接口连接方式上的输出标准。因此,SlimPort也将继续在最新的USB Type-C接口方面提供支持。 《电子技术设计》网站版权所有,谢绝转载 触控技术All-in-one是发展趋势 “去年年底谈得最多是可穿戴式设备,包括很多核心技术。今年可穿戴设备已经有了,包括曲面电视、曲面手机、曲面手表等等。不管怎么变两个东西变不了——显示设备和输入设备变不了。目前的趋势——越变越薄、越变越轻、越变越小是外在变化。内在本质变化是大型机到苹果手机,到互联网革命,再到现在的物联网。在硬件上是遵循摩尔定律;在内容应用上是不断扩大。”集创北方公司副总裁陈馗先生谈到(图18)。

图18:集创北方公司副总裁陈馗。
图18:集创北方公司副总裁陈馗。

“智能终端看上很热闹,但是没有实际突破。去年我讲这个问题时讲的是功耗问题。内容不到云上,智能穿戴还是不行,现在只解决了人体穿戴硬件和手机通信,是不足以满足需求的。”他认为,“把可穿戴做好一定要满足人体的特征。这个问题突破的话,穿戴式设备一定非常火,不需要简单数据传输,而是丰富数据传输。这种情况下,外设将变成重量非常轻、体积非常薄,而且交流是透明的。硬件载体变成数据传输工具,有大量的数据处理,这是本质上的变化。大量的数据变化到云端处理,再把计算结果传下来。”

图19:未来随处可见的人机交互界面。
图19:未来随处可见的人机交互界面。

陈总通过一个动画,生动地演示了可穿戴设备的未来发展方向,其中包括有手机的触摸技术、柔性屏的折叠技术、柔性电路技术、塑料壳的柔性技术、柔性电池和无线分离技术等。这种生活场景确实非常好,但要实现起来着实不易。 2014年指纹识别非常火,电容式触控技术的提升带来了指纹识别的革命。然而,“有指纹识别的手机在登记注册时,我们认为一个手指下去只登记一个手指。如果十个手指都按都可以开机,这样就不具备隐私性了。这个问题怎么导致的呢?一个手指上去做门禁指纹算法时,识别手指个体特征点。现在做的比较小,FPC从196降到128。为什么FPC做196,因为刚好可以一次识别完整的手指。现在所有的都做不到抓取那么大面积,这种情况下不得不使用图像对比技术。虽然指纹识别推的很快,大家很热闹,但是现在的芯片状态不具备往前发展的东西。技术要完备、要提升,现在还只是初级阶段。” 陈总表示。 未来的显示技术脉络很清晰:PMU在2012年做,TCON在2013年做,2014年三方融合,2015年是ITD。ITD很明确,触控IC和显示IC是两个IC,这将来是一个IC(图21)。

图20:智能手机分辨率趋势。
图20:智能手机分辨率趋势。

图21:未来显示技术融合的发展。
图21:未来显示技术融合的发展。

“All-in-one(PMU+Driver+TCON+Touch)今年一定会量产。前期工作准备差不多,我们的愿景是最大的FPD市场。”陈总强调,“In-cell方案是我们要走的过程。去年介绍的是ICNT85系列,今年介绍的是ICNT86系列(图22)。去年ICNT85系列讲的是超灵敏、大手套和尖端。ICNT86系列不光在传统外挂式产品上应用,还是在结构体上能用的芯片,这是14年一个重大的突破,它具备了In-cell结构整合能力。在抗干扰、速度上有很大提升,抗干扰能力比市面上同类产品强很多。抗干扰能力完全是为了做ON-cell和In-cell。目前,On-cell已经是出货状态,In-cell也已经在做了。这个产品在15年会成为明星产品。”

图22:集创北方新一代触控芯片ICNT86,支持On-cell及In-Cell。
图22:集创北方新一代触控芯片ICNT86,支持On-cell及In-Cell。

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