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拓展業務/加速自駕發展 Waymo宣布販售Honeycomb光達

為促進自駕車發展以及拓展創新應用,同時推動光達業務,Waymo決定提供旗下自行研發的光達(LIDAR)「Laser Bear Honeycomb」讓合作夥伴也可以使用;換言之Waymo除了自行研發自駕車之外,也開始投入光達銷售市場。 Waymo光達團隊負責人Simon Verghese表示,Waymo正為自動駕駛以外的公司提供自己開發的感測器,從機器人技術、國防、農業技術等等開始,幫助他們提升技術水平。該公司旗下的3D光達Laser Bear Honeycomb,已可以提供特定合作夥伴使用。 據悉,Waymo開發自動駕駛技術已有十多年,但在計劃的最初階段,Waymo僅開發了自己的軟體,感測器仍是以購買現成的方式為主。然而經過多次的測試,Waymo了解到現成的感測器逐漸無法滿足市場要求的水準。於是,在2011年Waymo著手開發自己的感測器,其中包括三種不同類型的光達。 Waymo計劃提供合作夥伴使用的光達為Laser Bear Honeycomb。Honeycomb的特點是有相當寬敞的視角,其垂直視角為95°,再加上360°水平視角,意味著單一Honeycomb可以達成三個一般3D感測器堆疊起來才能達成的效果。 另外,Honeycomb發射的光脈衝會多次返回,因此當Honeycomb發射出一束光脈衝時,它不只能看到光脈衝接觸的第一個物體,它可以在光脈衝的視線路徑上看到多達四個不同的物體(比方說,它可以看到樹枝前方的樹葉,以及樹枝本身)。這提供了對周遭環境更完整且詳細的視野,以發現可能被忽略的物體。  值得一提的是,Honeycomb的最小距離(Minimum Range)為零,這代表它可以立即看到感測器正前方的物體。這個特性在關鍵的時刻能發揮相當重要的功能,例如感測近物和即時避開障礙物。
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借助有限元分析法熱模型 碳化矽MOSFET短路一目了然

實現電器安全 電子產品穩健性至關重要 碳化矽(SiC)具有較佳的電學和熱學性質,使碳化矽功率元件的性能超越矽產品。在需要高開關頻率和低電能損耗的應用中,碳化矽MOSFET正在取代標準矽元件。半導體技術要再進一步發展必須解決可靠性的問題,這是因為有些應用領域對於可靠性的要求十分嚴格,例如汽車、飛機、製造業和再生能源。典型的功率轉換器及相關功率電子元件必須嚴格遵守電器安全規範,能夠在惡劣條件下保持正常運作,其穩健性(Robustness)能夠承受短路這種危險衝擊。 沒有設備能夠監測微秒級功率脈衝所引起的元件內部溫度升高。當脈衝非常短時,只能用模擬方法估算晶體結構內部和相鄰層的溫度上升。此外,溫度估算及其與已知臨界值的相關性,將能解釋實驗觀察到的失效模式。在這種情況下,模擬工具和分析方法有著重要作用,因為瞭解在極端測試條件下結構內部發生的現象,有助於強化技術本身的穩健性,進而節省研發時間。本文簡要介紹了650V、45mΩ碳化矽功率MOSFET樣品的短路實驗,以及相關的失效分析和建模策略。 短路試驗分析與結構模擬 在做短路實驗前,先用電壓電流曲線測量儀對待測樣品的閘極氧化層進行完整性測試,如圖1(a)所示。接著對待測元件進行動態表徵,評估其開關特性。圖1(b)所示是典型開關表徵的等效電路圖。圖1(c)所示則是相關實驗的波形:Vgs、Vds、Id,以及在VDD=400V、20A負載電流、Vgs=-5/20V、Rg=4.7Ω關斷時的功率分布Poff,計算出關斷能量Eoff,取值約25μJ。 圖1 (a)閘極氧化層測量,(b)開關表徵等效電路和典型的關斷波形(c)。 圖2(a)所示是短路實驗的試驗台,圖2(b)所示是實驗等效電路圖。 圖2 實驗裝置:(a)試驗台,(b)等效電路 圖3(a)所示是樣品1在失效條件下的短路實驗波形。施加一串時間寬度增量為250ns的單脈衝取得失效點。觀察到脈衝間延遲為5秒。在VDD=400V、Vgs= 0/20V和Rg=4.7Ω的條件下,樣品1順利完成tsc=5,75s脈衝短路實驗。 圖3 (a)短路試驗動態波形,(b)和(c)為閘極氧化層電學表徵,(d)短路試驗導致閘極氧化層退化後的關斷波形 在這個時步裡,脈衝無法顯示失效模式,需要在下一個時步(tsc=6μs)中去驗證,此時,閘極氧化層被不可逆地損壞。觀察到漏極電流Id和Vgs下降(圖3(a))。在圖3(b)中觀察到的損壞是短路能量(Esc)過高導致的閘極氧化層失效,並且用曲線測量儀證實失效存在,如圖3(c)所示。觀察到的閘極氧化層退化與Eoff性能的動態變化相關,如圖3(d)所示。 隨後對失效元件進行失效分析,在後側和前側用光電子能譜確定缺陷位置,並用聚焦離子束方法進行「熱點」截面分析。 樣品損耗測試結果 表1總結了測試元件中兩個樣品的實驗結果,從測量結果看,兩個樣品的損耗程度不同。樣品1的固有閘源電阻(Intrinsic Gate-source Resistance)為3.3kΩ,除連續閘極電流吸收異常外,MOSFET的其它功能未受任何影響。相對於標準操作條件,樣品2本固有閘源電阻低很多,並且閘極吸收電流升高。即使開關能量在受損最嚴重的樣品上顯著提高,兩個樣品仍然能夠維持功能正常,如圖3(d)所示。   因此,為了解釋失效機制(Failure Mechanism),用Silvaco工具在短路實驗靜態條件下進行結構模擬,如圖4(a)所示,並且提取了碳化矽結構內部電壓/電流密度分布數據,如圖4(b)所示。在Atlas(用於元件模擬的Silvaco工具)中,FE元件的閘極偏壓最高20V,漏極觸點偏壓最高400V。 圖4 Silvaco工具(a)模擬的垂直剖面圖和(b)功率分布圖。 使用實驗數據集微調傳導模型,以便在飽和條件下也能取得適合的臨界值電壓或I-V特性。閘極氧化層與碳化矽介面處的狀態能量密度分布、各向異性遷移率值和電子飽和速度,是在實驗數據和模擬輸出之間實現良好匹配的關鍵參數。傳導模型可提供在短路實驗期間晶片上耗散功率的精確分布,所以傳導模型微調對建模策略具有非常重要的意義。 本文提出的建模方法即使用Silvaco工具進行結構模擬,根據模擬輸出的功率分布數據,為有限元方法(Comsol Multiphysics)物理模型提供隨時間變化的功率分布實驗數據。該模型專門用於研究類似於持續幾微秒的短路類事件,理解並解釋在短功率脈衝期間碳化矽MOSFET結構內部發生的情況,同時將碳化矽的熱特性(熱導率和熱容量)視為溫度的函數;進而利用這個新模型研究內部結構的熱行為,並評估周圍層的溫度。 圖5(a)和圖5(b)所示是溫度達到峰值時的熱圖和熱通量,顯示了最高溫度所在的位置(圖5(a))以及在整個結構內部熱量是如何傳遞的(圖5(b))。熱分布可發現短路試驗主要涉及元件的哪些部分,解釋實驗觀察到的失效模式。圖5(c)顯示了不同層的溫度分布與時間的關係:溫度峰值是結構頂層的溫度,與當前已知的臨界值一致。 圖5 (a)3D熱圖,(b)熱通量和(c)短路期間的溫度分布(c)。 綜上所述,本文創建的有限元熱模型考慮到了MOSFET的物理結構和試驗數據。該建模方法能夠估算在短功率脈衝特別是短路實驗條件下,結合周圍層中的溫度分布情況,解釋了實驗觀察到的失效現象。 鑒於沒有設備能夠準確地檢測到如此短暫的脈衝在被測元件上產生的溫度上升,並且典型熱模型是為量產封裝或系統元件而研發,無法有效地用於分析此類事件,因此,試驗結果對建模策略實施具有非常重要的意義。 (本文作者皆任職於意法半導體)  
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感測器結合聯網技術 智慧建築更舒適/安全

物聯網(IoT)為我們帶來了更舒適,更方便,更安全的生活。適應我們需求的設備,電器甚至建築物的生活。目前,物聯網技術主要在消費市場取得進展,人們的智慧手機可作為用戶友好介面,用於智慧照明,家庭監控,智慧CO2/煙霧探測器,智慧加熱和通風,語音指揮助理等服務。 不過,物聯網的潛力遠遠超出了這些聰明的家用設備;隨著技術的成熟,人們開闢了無數新的可能性。除了嘗試以智慧家居為重點,以及打造以消費者為中心的物聯網應用之外,另一個更重要的步驟是創建更智慧的辦公樓,即不僅提供最高舒適度,而且提供最佳效能和安全性的建築。 使用物聯網技術監測建築物的使用方式,可以根據我們的確切需求設計辦公室,當房間裡沒有人時,直接自動停止空調運作及會議室使用。透過最新技術的物聯網感測器和雷達,建築物將能夠分辨出房間中有多少人,他們在哪里以及他們喜歡什麼樣的(工作)環境(溫度、照明等)。由於建築物占城市電力消耗的40%,安裝物聯網能力將有助於實現全球電力減少目標。 因此,多感測器環境監測平台相繼問世,結合了溫度、相對濕度、NO2、CO2、揮發性有機化合物(VOC)、顆粒物質、環境光、聲音、振動和存在檢測等感測器,適用於室內和室外空氣質量監測和控制,可用於智慧建築、智慧城市等。 實現智慧建築方案 硬軟結合勢在必行 因應上述趨勢,如今已能使用價格可負擔的技術,來檢測人們在房間中的情況,而不只是人們的確切數量,活動或確切位置。過去,感測器業者展示了基於雷達的各種人體運動分類,以及遠距呼吸和心跳檢測,這些監測仍然需要穿戴式設備,但未來雷達的技術可以從不同空間,並在距離數公尺處執行這些測量。 同時,該技術可以準確分析存在、移動和生命徵象,同時與當前搭配鏡頭配件的解決方案不同,更能保護個人隱私。然而,為了實現智慧建築,還需要更好的硬體來收集準確的數據,以及需要正確的演算法將數據轉化為知識。 如此便須要仰賴半導體業者或研究單位的內部專業知識,以做到上述兩點,進而支持整個智慧建築解決方案流程,例如從創建最佳感測器和雷達設計到開發最佳算法;同時還可在真實應用程序中使用真實的工件來證明設備功能。像是比利時微電子中心(imec),其解決方案便結合了硬體和軟體功能,並在其HomeLab和OfficeLab等現實環境中進行測試,以在物聯網領域取得成功。 智慧建築技術可延伸至其他領域 事實上,用來實現未來智慧建築的大部分技術,在其他領域也很有用,以支持物聯網創新。例如因應5G通訊,半導體廠商開發了一些基本構建模組,包括類比數位轉換器(ADC)、可重配置的低噪聲頻率合成器、毫米波相控陣收發器,以及天線模組等。 此外,感測器供應商還開發用於在79GHz運行的自動駕駛汽車的雷達,例如適用於人和碰撞檢測。以imec為例,該單位旗下雷達提供的角分辨率增加10倍,而大批量生產的功耗卻降低了一半;imec還開發了新的物聯網通訊標準的知識產權,如NB-IoT和Cat-M1,支持廣域蜂窩物聯網;且對於短距離物聯網解決方案,其中許多無線電IC廣泛可用,該公司進一步將藍牙IC的面積以及成本減少了3倍,同時使用最小和最低成本的電池。 這個領域與其他imec研究的區別在於,物聯網項目具有極高的技術就緒指數(TRL)。例如,該公司的液體離子感測器目前作為開發套件進行採樣,以引導客戶,同時將製造知識轉移給工業合作夥伴。這種液體離子感測器特別有趣,因為它提供了許多不同的可能性。它可以同時檢測液體中的多種離子,使用壽命超過6個月。該感測器可用於許多不同領域,從監測水質到啤酒發酵過程的微調。總而言之。因應物聯網發展,這種以應用為導向的創新,成為半導體業者未來的主要發展方向。 智慧感測晶片三項新發展 未來環境將緩慢但漸進式地演變為「物聯網」,其中晶片和感測器無形地整合在環境中以承擔其多種任務。想像一下感測器可以檢測到個體的存在並相應地調整建築物中的光線,而節省大量能源;從某種意義上說,這些感測器將如同我們環境中的眼睛,耳朵和鼻子。 無處不在的感測器將在許多領域中脫穎而出。當然還有智慧建築、自動駕駛汽車、自動化工業和物流過程。感測器將有助於解決環境問題,如果能夠以細粒度的方式連續測量空氣和水的質量,並且可以集中收集數據,則可以採取更好的指導措施,並立即測量結果。 另外在醫療保健領域,也有很多機會。想像一下簡單的工具,如加權秤,血壓監測器,以及將數據安全地發送到雲端的心臟和活動監視器。在那裡,可以分析數據並成為指導患者過上更健康生活的新服務基礎;這種類型的連接醫療保健已經小規模應用於高風險患者,但隨著技術變得更加智慧和便宜,它可以提供更多服務。綜上所述,為實現更加智慧及萬物聯網的環境,感測器將會有三項發展趨勢。 感測器融合以獲得精細數據 首先一種可能性是感測器融合。運用許多不同的感測器測量相同的物理參數,例如人的心跳可用電、光學甚至聲學監測。透過組合感測器的結果並解釋結果,可以獲得穩健可靠的結果,還可以添加上下文感知。像是打造一個可「感覺」人已經開始睡覺的感測器,將這個結果傳達給第二個感測器,該感測器的任務是監視休息時的心臟;因此,一個感測器標誌著另一個感測器開始工作的理想時刻。 在ISSCC,Holst Center/imec的研究員Mario Konijnenburg提出了一些非凡的成果。他與同事開發了一種能夠同時測量多個身體參數的晶片,包含心電圖(ECG)、生物阻抗(BIO-Z,身體的電導率,揭示身體組織的成分)、電流皮膚反應(GSR,由於例如壓力引起的皮膚電性質的變化)和光電容積描記圖(PPG,由於光吸收變化導致的組織中血液循環的變化)。因為這些數據是在一個晶片上收集的,所以完全可以同步它們並尋找相關性。測量組合允許例如推斷心跳和心率變異的可靠方法,並且(相對)血壓可以通過解釋ECG和PPG測量來推斷。 晶片開始具備現場運算能力 來自感測器晶片的數據被無線發送到雲端(例如通過智慧手機或筆記型電腦)。在雲端中,數據被處理和分析。目前,無線鏈路使用感測器消耗80%的能量。因此,如果感測器必需更節能,應該發送更少的數據。這可以透過部分在地感測器上處理和解釋數據來完成,僅將結果發送到雲端。當然,晶片上的處理也會消耗能量,因此研究人員的部分任務是在晶片上處理和向雲端發送數據之間找到最佳平衡點。 同時,若是感測器必須進行更多的現場處理,則需要一個或多個額外的處理核心。先進晶片技術非常適合在非常小的晶片上整合更強大的處理能力。然而,要實現此一目標,需要為感測器增加模擬介面,但目前這些模擬介面並不能很好地擴展到最新的技術節點。 為此,imec研究員Rachit Mohan描述了一種用40nm CMOS製造的感測器讀出晶片。新晶片採用基於時間的技術,而不是傳統的基於電壓或功率的技術。這種基於時間的電路可以在較低的電源電壓下操作;此外,放大器鏈中向數位域的轉換要快得多,並且可以數位化進行濾波,這使得該技術在深度擴展的技術中實現具有吸引力,該技術還允許實現更強大的數據處理。 具自適應和壓縮採樣 感測晶片僅在需要時進行監控 另一種透過感測器的無線鏈路節省能量,並儘可能少地發送數據的技術是自適應和壓縮採樣。利用這種技術,訊號不會以固定的時間間隔進行測量和發送,而是根據被監測訊號的特性進行測量。 例如心電圖心臟監測,在ECG峰值時刻,要測量的訊息比峰值之間的間隔期間要多得多;結果,感測器可以在峰值期間以較短間隔對心臟訊號進行採樣,並且在其間以較長間隔對心臟訊號進行採樣。總而言之,將有一個可靠的ECG監測,測量點更少,發送的數據更少。 在ISSCC,imec研究員Pamela Venkata Rajesh展示了基於LED光和使用壓縮採樣的光電容積描記圖測量(PPG)的讀出晶片。PPG結果可以推斷心跳和心率變異性,它們是ECG監測的不錯選擇,因為其不需要在患者胸部使用電極。缺點是,感測器的LED燈照射在皮膚上需要額外的能量,這是小感測器晶片能量預算的嚴重消耗。因此,重要的是可以使用壓縮採樣進行測量,測量較少但更智慧的數據點。 物聯網技術前景佳 2030年布建成本將顯著降低 物聯網技術具有很大的前景,這一領域的研究正以驚人的速度發展。到2030年,智慧物聯網節點的成本可能會降至0.5美元以下。新的感測器將充斥市場,並將監控我們生活的各方面,從而產生大量新的應用和服務。 總結來說,透過感測器和聯網技術,建築物產生更多有用的數據,進而使半導體、系統整合業者可創建滿足各種需求的高度客製化空間。我們無法預測物聯網革命將改變哪個領域,但很難想像任何領域都不會受到影響。對於感測器供應業者而言,將會處於創新的最前線,而最初的重點是透過相關和領先的創新擴展智慧建築、智慧物聯網等戰略。
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高速訊號傳輸/大功率電源發展不回頭 保護元件為裝置安全加分

科技不斷進步,電子產品與人的關係越來越密切,並持續滲透我們的生活,現在智慧型手機每天約一半時間與使用者同在,未來穿戴式裝置將24小時貼身在一起,每一個電子產品都有賴電力運行,因此會有過電流、過電壓、靜電、過溫、電磁干擾等用電風險,也讓不起眼的保護元件不僅不可或缺,重要性更加水漲船高。 保護元件具有偵測周遭環境之變動,並產生即時適當保護反應的功能,透過這些元件的使用,可保護電子產品,降低故障維修的機率。過去幾年,由於使用不當或產品本身設計問題,輕則出現產品短路、故障,重則釀成電子產品起火、消費者觸電等意外時有所聞,為避免類似情況,智慧型手機與穿戴式裝置搭載許多保護元件,未來隨著電子產品設計越趨複雜、電池容量大增、資料傳輸介面速率提升等,保護元件協助改善產品安全,強化使用者體驗,更是電子產品在功能與規格持續進化之外的最佳配角。 過電流保護 說到保護元件最直覺的聯結就是保險絲,尤其與使用者密切接觸、使用頻率高的消費性電子產品,因電路問題導致產品失效,將直接影響消費者使用體驗,知名品牌基於愛惜羽毛的原則,對於電路保護問題多半相當重視。近年最知名的電子產品設計瑕疵,莫過於三星手機自燃事件,事後我們雖了解大部分問題起因於電池,但對於三星品牌價值與銷售利潤的損失則難以數計。 一般而言,最常見的保護元件以功能可區分為過電流保護及過電壓保護。雖然性質不同,但它們的功用都是保護電子產品的零件。其中過電流的熱敏電阻(Thermistor)就是利用保險絲的原理,但差別在於,保險絲在電流過大而熔斷後,需要更換新的保險絲;多次型的熱敏電阻因電流異常而斷電後,若電流及溫度再次回復正常,即會自動恢復通電功能,不必更換零件。熱敏電阻還可分為正溫度係數(Positive Temperature Coefficient, PTC)熱敏電阻及負溫度係數(Negative Temperature Coefficient, NTC)熱敏電阻兩種。 已經有超過70年電路保護技術經驗的柏恩(Bourns),該公司技術支援經理金韋琦(圖1)表示,可攜式產品要求輕薄短小產品空間有限,大部分空間要讓給螢幕、電池、主動元件等,身為被動元件的保護元件,被要求要不斷微縮產品尺寸,但在技術上必須承受相同的電流。PTC熱敏電阻的特性是當電流或環境溫度升高時,其電阻值會上升,以限制異常電流通過,就物理特性而言,面積越大越能偵測電流變化,所以廠商多從材料配方與製程改善,期能達成產業需求。 圖1 柏恩技術支援經理金韋琦表示,可攜式產品要求輕薄短小產品空間有限,保護元件要不斷微縮產品面積,但技術上必須承受相同的電流。 PTC熱敏電阻依其所使用原料可分為陶瓷正溫度係數(Ceramic PTC, CPTC)熱敏電阻及高分子正溫度係數(Polymeric PTC, PPTC)熱敏電阻兩類。CPTC熱敏電阻是由鈦酸鋇、二氧化鈦等材料添加少量稀土元素經高溫燒結製成,這種元件於某段廣泛溫度範圍會維持穩定的低電阻值,直至溫度高於材料的居裏溫度(Curie Temperature)時,其阻值會大幅增加。PPTC熱敏電阻主要是由聚乙稀(Polyethylene)及具導電性的碳黑微粒所製成。當有過大電流流過該元件時,它會因發熱而膨脹;其膨脹將使碳微粒分散開,令其阻抗增加。 然而因應技術的發展與應用需求,過電流保護產品也出現了許多不同的型態,金韋琦說明,以該公司為例,過電流保護元件就有:一次斷保險絲、可回復式保險絲、可控溫PTC、TBU高速保護器、TCS高速瞬態電流抑制器、氣體放電管、電信保險絲、薄膜晶片保險絲等。面對客戶對於產品與技術的要求,除了材料配方之外,有時架構也需要跟著更新,例如元件由點焊改成貼片,便可以有效縮小體積。 過電壓保護 而在過電壓保護部分,當電子產品的電子迴路出現異常過高電壓或者是靜電時,壓敏電阻(Varistor)會將過高的電壓降低至安全標準值,以防止主要的元件及IC損壞。安森美半導體(ON Semiconductor)保護與信號部門產品行銷經理黃新言(圖2)指出,靜電放電(Electro Static Discharge, ESD)現象,指靜電的正電荷或是負電荷逐漸累積時,會與周圍環境產生電位差,經由放電路徑而產生在不同電位之間移轉現象,ESD保護元件在手機應用非常普遍,一支手機常使用超過30顆ESD保護元件。 圖2 安森美半導體保護與信號部門產品行銷經理黃新言指出,ESD保護元件在手機應用非常普遍,一支手機常使用超過30顆ESD保護元件。 壓敏電阻主要由氧化鋅、氧化鉍等金屬氧化物燒結而成的非線性元件。其特性是當電路超過一定電壓時,其阻值將瞬間極小化。當突波來臨時,將使突波電流從元件本身通過並接地,避免其他元件受突波侵害,並有效減少雜訊干擾,使電子產品能正常運作。保護電子產品或元件免於受開關或雷擊誘發所產生之突波的影響,具有體積小,反應速度快的優點。 目前ESD保護元件,也走向小型化發展,黃新言說,目前尺寸0.6mm×1mm的產品,主要應用在汽車可承受較大的突波電流變化;0.3mm×0.6mm的產品應用在手機為主,也是目前的主流,出貨量最大;該公司已經發展出新一代的產品尺寸僅0.24mm×0.44mm,是目前業界面積最小的產品,初期會應用在高速介面的靜電防護,未來手機應用也將逐漸轉換到此一規格。 除了最普遍的過電流與過電壓保護元件之外,過溫與浪湧(Surge)保護元件也是常見的產品,金韋琦進一步說明,柏恩的過溫保護元件有一個小型斷路器(Mini Breakers)與Polymeric Temperature Cutoff(PTCO)過溫保護元件。浪湧保護元件包括交流電路、直流電路與同軸線路保護元件。最近兩年5G、物聯網、汽車電子等議題持續發酵,電子產品的應用領域與類型不斷擴展,也將帶動保護元件的應用與整體成長。 5G商轉開創保護元件新藍海 5G是2019年科技產業的一大熱點,利特(Littlefuse)資深技術行銷工程師游恭豪(圖3)指出,4G建設到2020年將達到高峰,2019年5G建設逐步上路,5G基地台與4G最主要的差異,在於4G訊號是區域型的涵蓋,而5G因為採用短波長的高頻毫米波,又要求達成10倍的傳輸速率,只能透過點狀的訊號涵蓋,對準終端進行傳輸,因此5G基地台要採用可相位調變的主動式天線系統(Active Antenna System, AAS)。 圖3 利特資深技術行銷工程師游恭豪指出,5G是2019年科技產業的一大熱點,對於裝置在室外的5G基地台,雷擊防護是最主要的保護重點。 對於裝置在室外的5G基地台,游恭豪認為,雷擊防護是最主要的保護重點,而在其他射頻與天線模組尚有多項保護需求(圖4),包括主動天線、射頻前端(Remote Radio Unit,...
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搶攻物聯網商機 宇瞻力推智慧加值/服務創新

宇瞻科技日前舉行新春媒體餐敘,財務長暨發言人賴孜玟於會中表示,宇瞻科技未來將以「智慧加值 × 服務創新」為目標,瞄準垂直應用市場、消費性應用市場,以及智慧應用三大領域,秉持說到做到、堅持更好、夥伴共進三大品牌核心價值,更積極提供智慧整合平台、打造客製化創新服務。 首先於工控應用方面,該公司未來仍致力提供齊全的正工規產品線與專業、高彈性客製化加值服務,並秉持原廠工規等級顆粒生產原則;而消費性應用市場主力除放在持續對外拓展市場與升級客戶服務流程外,同時專注優化使用者體驗,搭配策略合作與研發技術整合的模式,開發滿足需求的數位儲存與電競產品。 至於智慧應用則強打智慧物聯與光學應用開發服務等面向,以自有技術打造完備的智慧整合平台,無論是安養照護、畜牧或是光學檢測等領域,目前皆有成功案例並持續尋找合作夥伴。 像是宇瞻所開發的智慧物聯通報機制,可直接與消防通報系統、通訊軟體LINE整合,讓環境監控變得容易且達成雙向溝通;能可應用於居家或是安養照護環境監控,目前已與聖約翰科技大學老人服務事業系合作。或是自行研發的工業物聯網軟硬體解決方案,則是透過Modbus閘道器G1系列搭配網頁式終端架設輔助,與後端儀表可視化介面,整合為Apacer IIoT SRP(Solution Ready Package),能用於工廠環境監測。 賴孜玟指出,面對競爭激烈的市場,須更強化品牌優勢,創造讓客戶有感的合作價值,才能繼續創下經營里程碑。因此,宇瞻以「智慧加值 × 服務創新」為目標,積極拓展核心事業,並秉持說到做到、堅持更好、夥伴共進三大品牌核心價值,由內而外提升服務層次。
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百花齊放 MWC成5G手機火力展示秀

5G手機躍居2019年世界行動通訊大會(MWC)主軸。資策會產業情報所(MIC)指出,觀察2019 MWC展會,預估今年全球將有20個國家推出商用5G網路,5G終端領域市場競局也將展開。其中,最受矚目的莫過於是5G智慧型手機,將由三星(Samsung)、華為(Huawei)等大廠領軍,於2019年年中陸續出貨,預估將達372萬台,占整體智慧手機出貨量0.3%;而到了2021年,5G手機出貨量估計將大幅提升至1.2億台。 2019 MWC可說是5G手機軍備競賽之地,像是小米推出了Mi Mix 3 5G,搭載最新高通(Qualcomm)Snapdragon 855處理器。另外Mi Mix 3 5G內置Snapdragon X50數據晶片模組,可連接達1,000Mbps等級下載速度的sub-6GHz頻段訊號。 同時,華為也發布了5G摺疊式手機Mate X,Mate X是首款搭載華為自行研建的巴龍5000晶片的機種。支持Sub-6GHz頻段訊號,在5G實測速率高達3.2Gbps。 對此,MIC產業分析師韓文堯指出,5G手機紛紛出爐,Sub-6GHz頻段為大勢所趨;由於mmWave尚難實現行動化,目前初代可商用5G智慧型手機主要以支援Sub-6GHz頻段為主。 此次MWC展場上,5G原型機加上可商用手機一共有12種,在可商用機種中,僅Motorola Z3 Moto 5G Mod以模組支援mmWave,其餘皆支援Sub-6GHz頻段。但部分Sub-6GHz機種未來會有支援mmWave的SKU。另外,中興通訊(ZTE)則同時推出了Sub-6GHz商用機種和mmWave原型機。 另外,隨著5G手機相繼面世,意味著5G初代基頻晶片方案也逐漸準備就緒。例如高通推出Snapdragon X55基頻晶片,開始支援2/3/4/5G,其5G下載速率達到7Gbps,4G則達到2.5Gbps。而聯發科也推出M70,下載速度高達4.2Gbps。簡而言之,目前手機晶片大廠皆緊鑼密鼓地開發整合應用處理器的5G SoC,其進度將會左右5G手機產品之市場發展。
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可摺疊螢幕手機終現身 帶動相關產業鏈發展

2019年世界通訊大會MWC(Mobile World Congress)最主要的亮點之一就是可摺疊螢幕智慧手機,這個已為業界討論多時的產品終於現身,在消費者認為智慧手機機身已不能再「成長」,又希望可以擁有更大螢幕體驗的期待之下,過去幾年曲面螢幕在市場上取得成功,工研院產科國際所認為,2019年折疊式螢幕開始發展,2021年可捲曲螢幕將投入市場,智慧手機走向軟性化顯示發展,UI設計也將改變,並帶動軟性材料如塑膠基板、軟性電路板,電池、軸承等的商機。 而繼2017年ZTE推出Foldable phone Axon M之後,華為與三星今年在MWC互別苗頭,同時對外宣稱推出首支可摺疊螢幕的智慧手機,在出貨量部分,由於目前可摺疊手機價格高昂,產業研究機構Strategy Analytics預測2019年出貨量市占約0.1%,以智慧手機一年約15億隻的市場規模來看,2019年可摺疊螢幕手機出貨量約150萬隻,2020年市占率約0.5%,2021年成長至約1.1%,2022年市占率預期到2.7%,初期幾年應該是定位在高階市場。 而從技術或關鍵零組件角度上來看,可摺疊的OLED螢幕為一般軟性OLED螢幕生產成本3.6倍,不僅生產難度高、產品量率低,目前具備供貨能力的廠商也有限。另外,塑膠基板的折疊耐受度與摺疊處的絞鏈(Hinge)都還有待技術改善與突破,各廠商在過去幾年與接下來幾年將持續發展與布局相關專利。  
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確保LTE訊號穩定 基地台天線測試要仔細

雖然LTE/LTE-A的系統效能模擬在文獻上已經非常多,如系統層級模擬器(System Level Simulator)、連階層級模擬器(Link Level Simulator)等模擬工具之探討,但對於天線效能的相關場域測試資訊之討論並非很多,因為這必需要營運商(Operator)之基地台及核心網路設備,與天線商天線支援才能夠得到此量測資訊。有鑑於工研院已經有架設此LTE實驗網路,因此可透過譁裕公司所提供的基地台天線來進行場域效能量測;且除了一般的天線傾角之量測外,1L4H與1H天線之量測效能比較,與1L4H/1H天線於不同MIMO天線組態所造成的效能差異亦會在此處做分析。 場域測試設備與環境 此部分將說明工研院LTE實驗網基地台設備與相關基地台參數,且呈現終端所使用之NEMO Handy測試工具,最後場域測試環境亦將詳細說明。 LTE實驗網基地台設備與譁裕天線設置要點 工研院LTE實驗網基地台設備如圖1所示,其基地台設備主要是利用Nokia LTE基地台設備並且搭配Kathrein公司的基地台天線;相關工研院LTE實驗網基地台參數如表1所示,此處我們所使用的為LTE Band 40的基地台設備來做場域測試,其可用LTE頻寬與EARFCN分別為20MHz與39450,且基地台傳送功率為39dBm。  圖1 工研院LTE實驗網設備和基地台與天線設備(a)、(b)Nokia基地台設備 譁裕基地台天線部分主要有兩種天線,分別為圖2中的1L4H天線與圖3中的1H天線,其中1L4H天線包含了低頻與高頻兩種頻段,而1H天線只包含高頻頻段。天線埠部分,1L4H有2個低頻天線埠與8個高頻天線埠,而單一個1H天線只包含2個高頻天線埠;由於兩種天線都具有複數個天線埠可供基地台設備連接,因此可測試不同接法對於整體MIMO測試效能之影響。   圖2 譁裕1L4H天線設備 正面架設圖(a)、(b)反面架設圖 圖3 譁裕1H天線設備,分別為短天線間距架設(a)、(b)長天線間距架設。 最後在天線傾角部分,不同的天線覆蓋需求可透過調整天線傾角來達成;1L4H天線除了可利用圖4(a)的支架來調整機械傾角外,亦可調整電子傾角,如圖4(b)所示,但電子傾角最大只到10度;1H天線不具有電子傾角裝置,因此只能透過支架來調整機械傾角。 圖4 譁裕1L4H基地台天線傾角設定,分為機械傾角設定(a)、(b)電子傾角設定。 使用NEMO Handy終端設備進行效能量測 NEMO Handy是由是德科技(KeySight Technology)所開發之終端量測設備,其主要為手持式道路測試工具,可用來進行LTE系統之下行效能量測,並觀察相關LTE效能指標,如Throughput、RSRP、CQI等,因此可以幫助系統營運商來做網路規畫(Network Planning)、布建(Deployment)、驗證(Verification)、最佳化(Optimization)、維護等功能。 除此之外,搭配NEMO Handy上所紀錄之GPS座標資訊,於軟體地圖上可描繪出不同LTE效能指標之分布情形,幫助系統營運商了解天線覆蓋範圍內不同地形或位置之訊號品質狀況。 場域測試環境 場域測試環境部分主要是把譁裕基地台天線架設於工研院51館頂樓,並且調整不同天線方向與傾角來達到不同天線覆蓋之效果。圖5中呈現了工研院院內與院外之地圖,在工研院院內主要是於院區道路與停車場來測試天線效能,院外部分則是於中興路、公道五路、竹北興隆大橋等路段來做效能量測。 圖5 不同天線傾角之Throughput效能圖(a)3o、(b)8o、(c) 13o。 圖6為工研院51館頂樓之環境,主要是把譁裕1L4H或1H天線架設於頂樓角落,並且透過線材與工研院實驗網設備做連接。天線方向部分主要有兩種,如圖7(a)所示,三種方向於天線端所看到的測試環境分別呈現於圖7(b)與圖7(c)。圖7(b)的方向主要是往竹東的方向來發射訊號,而圖7(c)的方向主要是往竹北興隆大橋的方向來發射訊號。 圖6 譁裕天線與測試設備相對位置圖 圖7 天線端視角之測試環境圖(a)基地台位置、(b)East、(c) West 場域測試結果分析 此章節將討論不同天線傾角、不同天線型態(1L4H/1H)、不同天線組態對於整體系統效能之影響。 不同天線傾角比較 此節第一部分將會討論1L4H天線於圖7(b)的方向,其中基地台使用2個天線埠且天線組態為交叉極化(Cross Polarization)情況下,不同天線傾角對於整體效能之影響,如此將可確定量測路線中較適合的天線傾角。 從圖5與圖8之Throughput與RSRP量測結果可看出,不同天線傾角具有不同的訊號分布範圍,當天線傾角越大,越靠近天線端的訊號強度越大,但天線訊號覆蓋範圍則較近;反之,天線傾角越小,天線訊號服務範圍較遠。 圖8 不同天線傾角之RSRP效能圖(a)3o、(b)8o、(c) 13o。 此節第二部分將討論1L4H天線於圖7(c)的方向,其中基地台使用2個天線埠且天線組態為交叉極化情況下,不同天線傾角對於整體效能之影響。從圖9與圖10之Throughput與RSRP量測結果可看出,當天線傾角為3o時,遠方興隆大橋上的訊號較其他天線傾角來的佳;反之,天線傾角為13o時,效能最差。 圖9 不同天線傾角之Throughput效能圖(a)3o、(b)8o、(c) 13o。 圖10 不同天線傾角之RSRP效能圖(a)3o、(b)8o、(c) 13o。 從第一部分與第二部分的結果來看,天線傾角的設定取決於欲量測的路徑,若待測距離較遠,則必需要選擇天線傾角較小的狀況來提高天線訊號服務範圍;反之,若待測距離較近,則可選擇天線傾角較大的狀況來做量測。 不同天線型態比較(1L4H/1H) 此節將會討論1L4H與1H天線於圖7(b)的方向,天線傾角為8o,其中基地台使用2個天線埠且兩種天線組態皆為交叉極化。由於1L4H天線比起1H天線使用更多的天線單元(Antenna Element),因此天線增益為1L4H較高,因此從圖11的Throughput效能圖與圖12的RSRP效能圖中可看到,使用1L4H天線所得到的Throughput或RSRP效能會比使用1H天線來的佳,而此差異主要是由兩種天線之天線增益所造成的結果。 圖11 1L4H與1H天線之Throughput效能比較圖(a)1L4H、(b)1H。 圖12 1L4H與1H天線之RSRP效能比較圖(a)1L4H、(b)1H。 不同天線組態比較 此節第一部分將會討論1L4H天線使用2個天線埠且於不同天線組態下使用的效能,主要是比較交叉極化(+45,-45)與單一極化(+45,+45)的效能比較。從圖13的Throughput效能圖中可看到,使用交叉極化的Throughput效能會比使用單一極化的效能來的佳,而此部分的效能增益並非是從功率差異所得到的,因為此處兩者1L4H天線的傳送功率與天線增益皆相同,會有效能的差異主要來自於兩者通道矩陣(Channel Matrix)全秩(Full Rank)機率不同所導致。 圖13 1L4H天線於不同天線組態之Throughput效能圖(a)交叉極化(+45,-45)、(b)單一極化(+45,+45)。 對於終端的設備而言,若使用交叉極化且2個天線埠來傳送訊號,其全秩機率會比使用單一極化來得高,此現象可從圖14看到。比較圖14(b)與圖14(d)後,可看到圖14(b)中的交叉極化天線組態,其CW1(Codeword...
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揪團搶攻AIoT商機 台灣RISC-V聯盟成軍

為讓台灣資通訊產業進入人工智慧+物聯網(AIoT)客製化設計核心,並從嵌入式CPU開放架構上切入商用市場,台灣RISC-V聯盟在3月7日舉辦啟動儀式,同時舉辦RISC-V開放架構與AIoT應用技術研討會,期透過產、學、研三方合作方式,共同協助將RISC-V開放架構導入台灣,並串聯海內外RISC-V生態系資源,讓台灣資通訊產業在AIoT應用上,成為重要核心解決方案供應鏈之一。 台灣RISC-V聯盟啟動儀式合影。由左至右依序為:晶心科技林志明總經理(聯盟副會長)、經濟部工業局呂正欽副組長、台灣物聯網產業技術協會黃崇仁理事長、科技部工程司徐碩鴻司長、力晶科技王其國總經理(聯盟會長)、智成科技黃振昇總經理(聯盟副會長)。 具開放原始碼特性的新興處理器指令集架構RISC-V可望加速在台發展。在台灣物聯網產業技術協會(TwIoTA)理事長黃崇仁倡議,與力晶、智成、神盾、晶心、聯發科、瑞相、力積電、力旺、嵌譯等企業協助下,台灣RISC-V聯盟7日正式成立,未來將致力推動RISC-V架構在台灣發展,建構完整生態圈,協助台灣產業順利從嵌入式中央處理器(CPU)開放架構切入,搭上AIoT應用大商機。 台灣RISC-V聯盟王其國會長表示,聯盟成立主要目的,是希望透過產、學、研三方合作方式,共同協助將RISC-V開放架構導入台灣,並串聯海內外RISC-V生態系資源,讓台灣產業從研發、設計到應用,都能具備AIoT整合能力,並搭上5G通訊趨勢與商機,進而提升台灣產業競爭力。 黃崇仁在致詞時提到,RISC-V開放架構可以讓廠商快速開發新應用,尤其對於新創業者來說,不僅能在開發階段省下授權費用,也能依照自己需求增加專屬指令集,而不受原始授權限制,是台灣科技產業的新機會,值得大家一起投入。 上海芯原微電子董事長,同時也是中國RISC-V聯盟理事長戴偉民,也特地來台分享RISC-V在中國的發展狀況,他指出,中國CPU一直朝著自主、可控、創新繁榮之路前進,而RISC-V將是極佳的發展機會。他分析,舊有的CPU商業模式,是先尋找供應商,然後取得其指令集架構;而RISC-V所建構的新商業模式,則是先選擇RISC-V指令集架構,再尋找供應商,搭建自己的核心(Core),或採用開放資源的Core。RISC-V在獲取CPU Core資源上擁有極大的自由度,有助於創新的發生。 戴偉民談到,2018年RISC-V已逐步在中國商業化並建立生態圈,包括華為、中興微電子、獵戶星空、華米科技、阿里巴巴旗下的中天微電子、君正、芯原、樂鑫、廈門半導體、致象爾微電子(Tangram Technologies)、芯來科技(Nuclei System Technology),以及中國清華大學、中科院計算所等,都已投入RISC-V發展,甚至已有成果推出。2018年10月,中國RISC-V產業聯盟也正式成立,至2019年1月底,已有99家廠商加入。   中國RISC-V生態現況 戴偉民認為,人工智慧與物聯網將是RISC-V發展的兩大機會。在AIoT應用當中,開發專用的嵌入式CPU可以有效提高效率,而RISC-V開放架構的推出,對於想要開發專有領域架構用CPU的廠商來說,不僅可以縮短開發時程,也能降低授權所需成本。他認為兩岸能夠在RISC-V開放架構上進行合作,並且開發各式各樣AIoT應用,進而擴大市場規模與應用商機。 晶心科技總經理,同時也是台灣RISC-V聯盟副會長林志明也表示,RISC-V開放架構可以讓IC設計業者依照需要,增加特用指令集,進而針對消費電子、通訊與物聯網、電腦運算與儲存、工業應用與影像監控等領域,推出具備端運算或AI運算能力的嵌入式CPU,強化相關應用領域效能,也藉此為廠商創造利基與商機。 林志明指出,要健全台灣RISC-V生態圈,首要須建立起基於RISC-V架構的晶片與系統兩大支柱,期望台灣資通訊及IC設計領域的業者都能一同加入,透過共同分工,開創可獲利的商業模式,做大市場大餅。他也邀請對RISC-V架構有興趣的業者,參與RISC-V基金會在3月12、13日於新竹市國賓飯店舉行的研討會,進一步了解RISC-V指令集架構的發展現況與未來機會。   台灣RISC-V聯盟期望建立的生態體系  
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跟上AI影像辨識應用熱潮 新唐推智慧數位辨識系統

近來影像辨識系統需求大增,應用也愈加多元,為滿足市場需求,新唐科技推出智慧數位辨識系統,可拍攝水表、電表、氣表上的數字,並利用機器學習神經網路演算法進行辨識,進而大幅降低資料收集所需成本以及人力耗費,提升管理效率。 新唐科技表示,智慧化發展快速發酵,影像需求迅速增加,像是在許多幅員廣大的地區,例如中國廣西或是美國猶他州,由於地廣人稀,假若藉由傳統的作業模式收集資料,不僅需要大量人力,同時也曠日費時。像是以查水表為例,如果使用人力在上述地區抄水表,既花費成本,也沒有效率;因此,有些業者便改用影像拍攝水表度數。 為此,新唐科技推出智慧數位辨識系統。具有遠端抄表功能,也可以廣泛地應用在其他領域。只要將資料拍攝下來,傳送到終端,便可以直接進行資料的整合,其範圍可達方圓50~100公里。另外,由於影像資料方便儲存的特性,在管理上也比傳統方式更加便利,且不易出錯。 此一智慧數位辨識系統採用以Arm Cortex-M4為核心的NuMicro M480系列微控制器,透過互補式金屬氧化物半導體(Complementary Metal-Oxide Semiconductor, CMOS)影像感測器,所擷取的QVGA影像,可以拍攝水表、電表、氣表上的數字,再利用機器學習神經網路演算法進行辨識,判別後資訊可無線傳輸到雲端,實現遠端抄表功能。 此外,透過高性能192MHz Cortex-M4F與內建DSP的NuMicro M481,該解決方案可在0.5秒內完成影像辨識。使用內建CSI介面之M481進行影像二值化計算或搭配DSP進行卷積計算。 值得一提的是,為了確保資訊安全,M481可配置XOM保護機密程式碼。XOM是一種內部軟體保護機制,由於記憶體空間的一部分僅支援程式執行,因此除錯器或任何軟體都無法讀取記憶體的內容,使資訊安全更有保障。
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