Stmicroelectronics: полный спектр решений высокого уровня интеграции и характеристик для различных применений

ВВЕДЕНИЕ

Ведущие производители мобильных датчиков движения (инерции) — STMicroelectronics, Invensense, Bosch и другие — непрерывно совершенствуют доступную компонентную базу сенсорных устройств, предназначенных для обнаружения движения, пользовательского интерфейса, навигации, существующих и новых применений. При этом лидеры рынка достигают все более высоких уровней интеграции и постоянно демонстрируют примеры новых архитектур, комбидатчиков и сенсорных узлов, обладающих лучшими характеристиками, — и все это происходит на фоне непрерывного сокращения потребления мощности, а также уменьшения размеров и цены датчиков, которые еще недавно казались предельно низкими.

На данный момент актуальные инновации в сегменте рынка мобильных датчиков инерции включают:

• комбидатчики — 6-осевые (электронные компасы, IMU) или 9-осевые сенсорные решения;

• новые архитектуры: сенсорные узлы с МК;

• новые применения: контекстная осведомленность, навигация в помещениях, носимые датчики;

• лучшие характеристики датчиков для новых применений — акселерометров, гироскопов, магнитометров и комбидатчиков;

• дальнейшее снижение потребления мощности;

• передовые технологии корпусирования — TSV, CSP, монолитную интеграцию;

• миниатюризацию;

• новые технологии — мобильные датчики давления;

• новые комбинации датчиков (помимо IMU, компасов и 9-осевых комбидатчиков) — стали известны первые примеры объединения датчика давления с датчиками инерции и другими типами. Интеграция нескольких устройств на одном кристалле или в одном корпусе с ASIC — очевидный важнейший фактор снижения цены и достижения лучших характеристик датчиков инерции. Обработка сенсорных данных также обеспечивает высокоуровневые функции.

Современные мобильные устройства уже широко используют 6-осевые комбидатчики, которые, по оценкам экспертов Yole Developpement, станут совершенно обычными компонентами сотовых телефонов уже через год. Начиная с 2012-го в смартфонах Samsung платформы Galaxy S применяются 9-осевые IMU, а с 2015 года ожидается уже их массовое принятие рынком. В дальнейшем предстоит интеграция датчиков инерции с датчиками давления, влажности, температуры, микроконтроллерами и беспроводными модулями.

Рыночный сегмент комбидатчиков для потребительской электроники в 2013 году составил S446 млн, а по мнению экспертов, в 2018-м достигнет примерно 52 млрд.

Более плотная аппаратная интеграция датчиков создает потребность в интеллектуальном управлении сенсорными данными. Меньшие МЭМС-устройства имеют меньшую емкость и, соответственно, сигналы более низкого уровня, что распространяется и на комбидатчики, отличающиеся к тому же повышенной аппаратной сложностью и нуждающиеся в более сложной обработке сигналов нескольких датчиков.

Подобная обработка сигналов и слияние данных различных датчиков является объективным фактором для движения датчиков от дискретных компонентов и комбидатчиков в посвященные сенсорные узлы. Лидирующие производители (ST, Invensense и другие) дополнили МК свои мультиосевые сенсорные решения, а поставщики процессоров и специализированных кристаллов (например, навигационных чинов) добавляют функции сенсорных узлов к своим центральным и прикладным процессорам, перемещая управление данными датчиков от ОС на уровень сенсорного узла. Samsung и Apple уже используют сенсорные узлы для обработки движения в фитнес-приложениях. Есть и другие приложения, в частности, навигация в помещениях и контекстная осведомленность.

Новые применения создали потребность в новых типах датчиков и более высоких характеристиках существующих устройств. В настоящий момент лидирующие производители датчиков инерции демонстрируют новые решения проблем повышения интеграции, характеристик и энергосбережения (семейства Always On от ST и Invensense), а также новые комбинации на основе датчиков давления (7-осевая платформа Invensense с интегрированным датчиком давления и пример объединения с датчиком влажности от Bosch).

К числу ведущих компаний рынка датчиков инерции принадлежат глобальный игрок STMicroelectronics, чья доля составляет 42% (но данным Yole Developpement), и два его важнейших конкурента — Invensense и Bosch Sensortec. Четвертым основным игроком считается компания АКМ, доминирующая в сегменте магнитометров (ее доля достигает 75%). Эти компании вкладывают в сегмент датчиков инерции также около 75%, не только главенствуя в плане объемов производства, но и являясь общепризнанными флагманами в области технологий. STMicroelectronics, Invensense и Bosch демонстрируют повышение уровней интеграции и характеристик с одновременным снижением потребления мощности, реализованные в новых предложениях компонентной базы датчиков. Они же диктуют соотношения «цена — объемы», «цена — характеристики датчиков движения», определяя в целом размеры современного потребительского рынка.

Впрочем, существующие проблемы оптимизации характеристик, интеграции, энергопотребления, габаритов и цены оставляют пространство для других компаний и новых технологий.

Оставшиеся 25% объема сегмента датчиков инерции приходятся на долю других компаний, тоже заслуживающих упоминания,— Kionix, Analog Devices, Freescale, Memsic. Компания Kionix совсем недавно создала виртуальный гироскоп, Freescale — 12-осевую сенсорную платформу, Memsic — уникальную тепловую технологию акселерометров и миниатюрные датчики. Внимания заслуживают и разработки пьезорезистивных датчиков CEA-Leti с магнитометром для 9-осевого сенсорного решения на одном кристалле, реализуемые компанией Tronics, а также технология гироскопов Qualtre на основе объемных акустических волн (BAW) как перспективные альтернативы.

Но пока что на переднем плане МЭМС-технологии датчиков движения находится компания ST — первая, превысившая отметку продаж датчиков в S1 млрд и в настоящее время предлагающая широчайший выбор МЭМС-акселерометров, гироскопов, датчиков давления, магнитометров и микрофонов, мультисенсорных комбидатчиков с интегрированной обработкой сигнала, функциями управления, алгоритмами слияния сенсорных данных и беспроводной функциональностью. Компания ST непрерывно обновляет свое портфолио датчиков и предлагает решения, обладающие более совершенными характеристиками и высоким уровнем интеграции.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Обзор, представленный в статье, показывает, что эволюция мобильных датчиков движения продолжается. Лидирующие производители непрерывно демонстрируют новые достижения в данной сфере — это повышение интеграции, совершенствование характеристик устройств, энергосбережения и миниатюризации корпусов, новые архитектуры, технологии и комбинации датчиков.

Ключевыми рыночными тенденциями являются массовое принятие мобильным рынком комбидатчиков и нового поколения сенсорных узлов, в том числе вхождение на рынок технологий датчиков давления, интегрированных с другими типами в составе новых мультисенсорных комбиплатформ. В перспективе — следующие уровни аппаратной интеграции, технологий слияния сенсорных данных и беспроводной функциональности, дополненные неизменными тенденциями мобильного рынка в плане достижения предельно низких показателей размеров корпусов, потребления мощности и цены.