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雷達技術加持 Wi-Fi也能測心跳

你知道Wi-Fi也能測心跳嗎?由於雷達技術的不斷推陳出新,中山大學電機工程學系已研發出結合雷達與Wi-Fi的方式,偵測心跳、呼吸、人體動作來做為新型蒐集數據資料的裝置,滿足智慧城市與智慧建築相關應用。 中山大學電機工程學系特聘教授洪子聖表示,雷達的運作方式,就是偵測發射與接收電磁波往返的訊號。而中山大學所研發出的無線雷達感測技術,就是透過都卜勒偵測器解調出Wi-Fi發射與反彈回來的訊號內容,提供人體狀況或行為的相關資訊。 洪子聖談到,由於Wi-Fi目前的普及率非常高,已廣泛滲透於生活之中,若結合此無線雷達感測技術,就能在無須增添額外設備成本的狀況下,透過一台Wi-Fi AP滿足心跳、呼吸與人體動作辨識的功能。此外,Wi-Fi本身就是直接上網的工具,可立即將蒐集而來的數據發送到雲端或周邊設備。假使將該技術導入辦公室Wi-Fi AP之中,不僅能隨時掌握員工的身體狀況,亦可隨時偵測出員工進出辦公室狀況,自動化開關空調系統控管能源。 洪子聖指出,此技術最大挑戰在於降低訊號干擾與提升靈敏度問題,而這項難題須仰賴新的物理機制才能解決。該學校所研發的無線雷達感測採用的是「注入鎖定」(Injection Locking)物理機制,由於振盪器會隨著人體移動的不同調整頻率,因此透過都卜勒偵測器解調偵測振盪器頻率變化,從而獲知偵測物的相關訊息。 事實上,不僅是Wi-Fi技術,未來蜂巢式聯網技術亦有機會結合雷達實現人體偵測相關應用。洪子聖透露,該技術目前還在研發階段,感測的範圍約1公尺左右,但已有相關實際案例導入,吸引許多廠商關注,其中包含三星與亞迪電子等公司。
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車載毫米波雷達2023年市場規模達1.32億顆

汽車電子產業成長迅速,根據TrendForce旗下拓墣產業研究所研究指出,車載毫米波雷達受到中國新版新車評價指標(C-NCAP)實行,與美國NHTSA將自動緊急煞車系統(AEB)列為新車標配的驅動下,將進入高速成長階段,預計2018年車載毫米波雷達出貨量將達6,500萬顆,2018~2023年複合成長率達15%。 隨著汽車電子發展與自動駕駛需求,毫米波雷達已經成為ADAS與自動駕駛的關鍵感測器之一。為避免與其他設備頻段衝突,車載毫米波雷達需要專屬頻段,以往各國對於車載毫米波雷達使用頻段混亂的情況使其發展受限,直到2015年世界通訊大會(WRC-15),決議76~81GHz皆可用於車載雷達,為全球車載毫米波雷達發展提供明確的方向。 2018年由於中國首次將前方碰撞警示(FCW)、AEB等主動安全系統列入C-NCAP,將驅動毫米波雷達出現大幅成長,全球出貨有望達6,500萬顆;拓墣產業研究所表示,美國2022年將AEB列入新車標配,在中、美兩大市場對於主動安全需求帶動下,預估2023年車載毫米波雷達年出貨量將上看1億3,200萬顆。  
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高畫質/可撓手機顯示優勢搶眼 LCD/OLED各有千秋

自2017年起,各大終端品牌與面板廠在有機發光二極體(Organic Light Emitting Diode, OLED)的布局成為業界關注焦點。尤其是在中小尺寸螢幕市場,在iPhone X導入OLED面板之後,後續的使用者體驗情況與蘋果(Apple)是否將持續使用OLED螢幕等等決策變化,都是各界的關注焦點。 目前,液晶顯示器(Liquid Crystal Display, LCD)與OLED顯示器相比,依然有著明顯的成本優勢;在往4K、8K高畫質推進的路上,該陣營廠商更是積極投入。然而,軟性AMOLED可彎曲、摺疊的特性,也是眾國際大廠積極布局專利的戰場。 大廠布局重要專利 可摺疊手機盼今年面市 在柔性AMOLED顯示器市場,曲面顯示器已率先量產,今年更有望看到首款可摺疊OLED手機問市。除了三星電子(Samsung Electronics)與京東方(BOE)持續在該領域技術耕耘之外,手機大廠摩托羅拉(Motorola)更於日前傳出開始布局相關專利。 早在2013年,三星電子便展示了可彎曲與可摺疊的智慧型手機螢幕,曲面的OLED顯示器也早已量產,儘管許多大廠已紛紛展示可摺疊的OLED顯示技術,但也未見終端手機品牌量產計畫。然而,隨著可彎曲的軟性AMOLED顯示螢幕已迅速導入高階手機市場,曲面顯示器所帶來的創新外型更有助於提高產品的利潤。因此,面板廠商對於提供差異化產品的意願也越來越高。IHS顯示研究總經理謝勤益指出,以目前現狀看來,第一批具備可摺疊AMOLED螢幕的智慧型手機將有望在2018年年底推出。 可摺疊顯示器可以做到180度對摺,並具有許多不同的摺疊型式,諸如G型或是Z型的二維摺疊。然而摺疊如何不損傷內部組件、以及如何避免摺痕與變形將是很大的技術挑戰。摩托羅拉已於2018年6月14日獲得美國專利商標局的專利,名為「可摺疊顯示器的永久變形恢復方法(Method to Recover Permanent Set in A Foldable Display)」,是一項讓OLED可頻繁彎曲的重要專利。看得出來摩托羅拉正試圖打造更加耐用的可摺疊智慧型手機。 另一方面,中國京東方也已開發出7.56英寸2048×1536ppi的可折疊AMOLED顯示器樣品,其彎曲半徑為5mm,並可以彎曲10萬次而不會斷裂。京東方預計將於今年開始供應華為可摺疊AMOLED顯示器。與此同時,友達也開發出了5英寸1280×720ppi AMOLED顯示器,雙向皆可彎曲,其彎曲半徑為4mm,並能彎曲超過150萬次。 目前,智慧型手機品牌對於擴大螢幕尺寸與比例相當重視,希望能夠提供手機最大尺寸螢幕。而可摺疊的顯示器將可能結合智慧型手機的隨身特性,以及平板電腦的大螢幕優勢。然而,由於該技術的生產過程非常複雜,因此售價可能將會偏高,成為消費者購入時的重大考量。 OLED平板/筆電將上場 產能利用率大幅提升 由於Apple iPhone X的出貨量低於預期,三星SDC(Samsung SDC)OLED顯示器的產能利用率大幅下降。然而,根據顯示器研究機構DSCC(Display Supply Chain...
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快速分析開關轉換器(上) FACTs助電路動態分析

本文分上下兩篇,上篇主要介紹用於決定開關轉換器的控制到輸出轉移函數的FACTs;下篇則分析帶耦合電感的DCM操作SEPIC。 本文選擇了運作於非連續導電模式(DCM)的電壓模式耦合電感單端初級電感轉換器(Single-Ended Primary Inductor Converter, SEPIC)。PWM開關將用於形成小訊號模型。 動態分析採用快速分析技術 FACTs背後的基本原理在於電路時間常數的確定(=RC或=L/R)此時在兩種不同的條件下觀察所研究的電路:當刺激訊號降至0時和回應歸零時。透過使用這種技術,將體會到確定特定轉移函數有多快速和直觀。基於這種方法的分析技術是幾十年前開始的。 轉移函數是一種數學關係,它將刺激(刺激訊號),和由這種刺激所產生的回應訊號相連。如果我們考慮一個線性非時變(Linear Time-Invariant, LTI)系統無延遲,具有靜態增益H0(例如開關轉換器的線性理想功率級)其連接控制訊號Verr(刺激)和輸出Vout(回應)的轉移函數H可表示為: 公式1 首項H0是系統在s=0評估表現出的增益或衰減。該項將帶轉移函數的單位(或維度)。如果回應和刺激都用伏特表示(Verr和Vout),H是沒有單位的。分子N(s)控制轉移函數的零點,數學意義上,零點是函數幅值為零的根。透過FACTs,我們用數學抽象思維以輕鬆揭開這些零點;不會像一般在諧波分析(s=jω)中所做的僅考慮在s平面的垂直軸,而是連帶考慮到負數根的整個平面。因此,如果電路存在零點,將表現為當輸入訊號調到零角頻率sz時無訊號的輸出回應。在這種情況下,儘管存在刺激,在變形的電路中的一些阻抗阻擋了訊號傳遞,回應為零;當變形的電路在s=sz點被刺激時,在訊號路徑的串聯阻抗趨於無窮或分支將該刺激分流到地面。請注意,這種方便的數學抽象透過觀察提供了巨大的幫助來找到零點,通常毋須寫一行被動電路的代數。圖1提供了簡單的流程圖,詳細介紹了過程。 圖1 這個簡單的流程圖將指導用最簡單的方法確定零點。觀察法不管用時,將需要進行雙重抵消注入(NDI)。 分母D(s)由電路自然時間常數構成。透過設定刺激訊號為0和確定從電路中臨時移除所考慮的電容或電感「所示」的阻抗,來得出這些時間常數。透過「觀察」,可想像把一個歐姆表置於暫時移除的儲能元件(C或L),並讀取它顯示的電阻。這其實是個相當簡單的應用,正如圖2中的第二個流程圖所詳述的。 圖2 該流程圖解釋了用於確定電路時間常數的方法。 圖3是一個涉及注入源的一階被動電路,該刺激加偏壓於左邊網路。輸入訊號Vin透過網格和節點傳播,形成電阻R3上的回應Vout。我們感興趣的是推導出連接Vout和Vin的轉移函數G。 圖3 確定電路的時間常數需要將刺激設為0,並看看從電路中暫時移除的儲能元件所提供的電阻。 為確定本例電路的時間常數,我們將刺激設為0(由短路代替0V電壓源,開路代替0A電流源),拆下電容器。然後,我們連接一個歐姆表來確定電容器端提供的電阻。圖4將示範這些步驟。 圖4 由短路代替0V源後確定電容器端的電阻。 如果用圖4的做法,「看到」R1與R2並聯後與R4串聯,所有這些與R3並聯後與rC串聯。該電路的時間常數只透過R和C1即可計算得出:  公式2 我們可證明第一階系統的極點是其時間常數的倒數。因此:  公式3 現在,s=0時該電路的準靜態增益是多少?在直流條件下,電感器短路,電容器開路。把這概念應用於圖3的電路,繪製成如圖5所示。想像在R4.前斷開連接,會看到一個含R1和R2的電阻分壓器。R2.上的戴維寧(Thévenin)電壓為:  公式4 圖5 斷開直流電路中的電容器,計算這簡單的電阻配置的轉移函數。   輸出電阻Rth是R1與R2並聯的值。因此完整的轉移函數涉及到電阻分壓器(由與Rth串聯的R4和載入的R3所構成)。rC是斷開的,由於電容C1在這直流分析中被移除。因此: 公式5 基本就是這些,我們正錯過零點。在前文提到,零點透過阻斷刺激訊號的傳播而在電路中表現出來,產生一個無訊號的輸出回應(見圖1)。若我們考慮一個變形的電路,其中C1由代替,如圖6,當刺激加偏壓於電路,有什麼特定的條件代表無訊號回應呢?無訊號回應只代表流過R3的電流為0。這不是短路,而是相當於類比的接地。 圖6 在這變形的電路中,當串聯的rC和C1成為變形的短路,回應消失,R3中無電流流過。 如果在R3中沒有電流,那麼串聯的rC和即為短路: 公式6 sz根是我們想要的零點位置: 公式7 因而有: 公式8 現在我們可組合所有這些結果,形成以圖3電路為特徵的最終轉移函數: 公式9   這就是所謂的低熵運算式,從中可立即辨別靜態增益G0、極點ωp和零點ωz。高熵運算式將在考慮阻抗分壓器時透過施加大規模外力到原來的電路來獲得,如:     公式10 不只在推導運算式時可能會出錯,而且將結果格式化到像公式9這樣需要更多的精力。另外,請注意,在這特定的例子中,在寫公式9時我們沒有寫一行代數。如果我們後來發現一個錯誤,那麼很容易回到一個單獨的示意圖並單獨修復它。公式9的校正很簡單,但嘗試對公式10進行相同的修正,可能會從頭開始。 FACTs應用於二階系統 FACTs同樣適用於n階被動或主動電路。透過計算狀態變數是獨立的儲能元件數量來確定電路的階數。若我們考慮一個具有有限靜態增益H0的二階系統,其轉移函數可表示如下: 公式11 當H0帶轉移函數的單位,那麼N:D的比值是沒有單位的。這意味著a1和b1的單位是時間。當a1無訊號回應,b1的刺激為零,將確定的時間常數相加。對於二階系數,a2或b2,維度是時間的平方,將時間常數結合為一個產物。然而,在這時間常數產物中,重用了已經確定為a1或b1的一個時間常數,而二階時間常數的確定需要一個不同的符號: 公式12 在這個定義中,設置標號出現在「指數」中的儲能元件處於高頻狀態(電容被短路,電感被開路),當我們暫時從電路中移除二階元件端(參見下標),可從中確定電阻。當a2必須為無訊號的輸出和b2的刺激減為0時,可運用此法。當然,當觀察有用時,它總是最快和最高效的得出N的方法。乍看有點難以理解,但沒有什麼不可克服的。 圖7是一個經典的二階濾波器,用於確定在連續導通模式(CCM)中工作的電壓模式降壓轉換器的輸出阻抗。阻抗是連接一個刺激訊號Iout與回應訊號Vout的一個轉移函數。這裡,Iout是我們已安裝的測試生成器,而Vout是其兩端產生的電壓。要從公式11中確定各種係數,我們可按照圖2的流程圖,從s=0開始:如圖所示,電感短路,電容開路。該電路是簡單的,電流源的電阻R0不過是rL和Rload簡單的並聯組合: 圖7 工作於CCM的降壓轉換器的輸出阻抗的確是一個很好的例子,顯示了FACTs如何簡化分析。     公式13 這個電路中有零點嗎?我們看看圖8所示的變形電路。再看看當刺激電流Iout調為零角頻率sz時,什麼樣的元件組合將使回應Vout為零。我們可發現兩個變形的短路涉及rL-L1和rc-C2。 立即確定這兩個阻抗的根: 圖8 如果阻抗Z1或Z2轉換為短路,回應Vout為無訊號輸出。   公式14   公式15   因此分母N(s)表示為 公式16   分母D(s)的一階係數b1是由L1兩端的阻抗提供,而C2處於直流狀態(開路):有1。然後看驅動C2而L1設置為直流狀態(短路)時的阻抗:得出2。如圖9所示,從該草圖可立即得出b1的定義: 圖9 在選定的元件終端中,當第二個元件處於直流狀態時,會得出阻抗。   公式17   二階係數b2是用公式12中導入的符號來確定的。L1設置在其高頻狀態(開路),驅動C2以得到的阻抗,C2處於高頻狀態(短路),則驅動L1而得到的阻抗。圖10顯示了兩種可能的整理結果,通常選擇最簡單的運算式,或避免不確定性的一個,如果有的話(如∞×0或∞/∞)。下面對於b2的兩個定義是相同的,可以看出上面的是最簡單的: 圖10 在選定的元件終端中,當第二個元件處於高頻狀態時,有2種結果。       公式18       現在我們有所有組合最終轉移函數的元件,定義為: 公式19     我們已經確定了這個轉移函數,而沒有寫一行代數,只是拆分該電路為幾個簡單的草圖個別解決。此外,正如預期的那樣,公式19已經是正準形式,可輕易的看到一個靜態增益、兩個零點和一個可用一個諧振分量ω0和一個品質因數Q進一步整理的二階分母。沒有考慮到Z1、Z2和Rload的並聯組合,我們不可能如此迅速地得到此結果。 採用FACTs,透過觀察可以推導出轉移函數,尤其是對於被動電路。由於電路複雜,包括電壓或電流控制源,觀察起來沒有那麼明顯,需要利用經典的網格和節點分析。但FACTs提供幾個優點:由於將電路拆分為用於確定最終的多項式運算式係數的個別小草圖,因此如果在最終的運算式中發現一個錯誤,總是可以回到一個特定的繪圖並個別修正。 此外,當確定與轉移函數的ai和bi相關的項時,自然會得到一個多項式運算式,而不用投入進一步的精力來收集和重新排列這些項。最後,在複雜的被動和主動電路中,SPICE對驗證個別極點和零點的計算有很大的幫助。 (本文作者任職於安森美半導體)  
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專訪Microchip MCU16業務部副總裁Joe Thomsen 16位元MCU靠硬體市場殺出重圍

Arm核心的開放讓32位元MCU開發成本持續降低,晶片價格也隨之下降,並逐漸瓜分高階16位元MCU市場;而8位元MCU由於價格低廉,目前仍有廣大低階應用市場,且隨著效能提升,也漸能滿足較為低階的16位元MCU應用需求,也因此,16位元MCU在現今市場發展可說備受挑戰。 不過,Thomsen認為,16位元和32位元MCU仍有市場區隔。8位元和16位元MCU的設計導向都較以硬體為中心,而32位元MCU則較偏重軟體設計,如圖像使用者(GUI)介面設計。因此,若終端產品較重視軟體設計,32位元會是較好的選擇;但如果產品偏向硬體設計,或要滿足控制迴路較多的應用,則該選擇16位元的MCU,因為16位元MCU可達到最佳的硬體設計效果。 為此,Microchip近期也宣布推出首款雙核心16位元DSC--dsPIC33CH,該控制器採用單晶片、雙內核dsPIC DSC的配置,可滿足高階嵌入式控制應用的設計和系統開發。據悉,該產品的兩個內核一個是主核,一個是副核。副核用於執行對時間需求型的專用控制程式碼,主核負責運行使用者介面、系統監控和通訊功能,專為終端應用量身定做。 然而,Microchip發布業界首款雙核心MCU,是否意味著要與32位元MCU競爭,未來16位元雙核心MCU將成主流?對此,Thomsen指出,雙核心可監控彼此間的狀況,確保更穩定、高效的運作,這會是Microchip旗下16位元產品繼續發展的方向之一;但這類產品是否會成為主流,端看終端製造商反應,若反應相當好,相信連競爭對手都會投入發展,那未來雙核心的16位元MCU勢將越來越多。 Microchip MCU16業務部副總裁Joe Thomsen認為,面臨8位元和32位元競爭,硬體市場將是未來16位元MCU發展利基。  
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感測器需求帶動FOPLP市占 2023年銷售額突破2億美元

由於人工智慧(AI)與物聯網(IoT)的興起,帶動了大量的IC需求,而許多應用所需的感測器IC對於線寬/線距要求較低,且注重產品成本。因此,近年來如三星(Samsung)、日月光、Intel等大廠,皆紛紛投入面板級扇出型封裝(Fan-Out Panel  Level Packaging, FOPLP)技術研發,期待藉此達到比晶圓級扇出型封裝(Fan-Out Wafer Level Packaging, FOWLP)更高的生產效益。預估FOPLP的市場銷售額在2023年將達到2.793億美元。 有鑑於智慧型手機的市場需求,追求輕薄短小的同時,仍舊希望在功能及效能上有顯著提升,因此必須同時做到增加可支援的I/O數量並降低厚度,而過往採用覆晶堆疊封裝技術(Flip Chip Package on Package)進行晶片堆疊,一旦改採扇出型封裝(Fan-Out)技術,整體封裝厚度預期可節省20%以上,因此從2015年開始,扇出型封裝產值便快速成長。 儘管目前FOWLP技術的主流規格成熟,亦能做到較為精密的線寬與線距。然而近年來FOPLP封裝技術受到的關注逐漸提高,濕製程設備商亞智科技(Manz)總經理林峻生指出,目前市面上許多電源IC或是感測器,FOPLP即能達到其對於線寬、線距之要求,在成本的考量之下,FOPLP即受到相關業者的認可。 而目前FOWLP的成本仍居高不下,成本儼然成為FOPLP的最大優勢。許多大廠紛紛將重點技術由FOWLP轉向以面積更大的方型載板,如玻璃基板的FOPLP封裝製程,可望提升面積使用率及3~-5倍生產能力,進而有望降低50%以上成本。 根據研究單位Yole指出,2018年至2023年,FOPLP的年複合成長率(CAGR)將可望達到70%以上。市場預估FOPLP銷售額在2023年將達到2.793億美元,這促使了技術開發已有相當基礎的封裝廠、PCB載板廠及面板廠皆積極布局。另一方面,較為老舊的3.5代面板廠,由於生產經濟效益低落,因此也將設備轉為投入FOPLP封裝。 FOPLP具備了低成本的優勢,然而該技術的最大挑戰是設備尚未有一主流標準化之規格,載板面積各家皆有不同主張,成為該技術的發展局限。在未來,製程與設備出現標準化規格後,成本的優勢也將更上層樓。  
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首款符合R15數據晶片亮相 三星加速5G終端問世

三星(Samsung)日前宣布推出5G NR基頻數據晶片Exynos Modem 5100,該晶片採用10nm製程生產,可支援sub-6GHz以及毫米波(mmWave)頻段,並向下相容歷代行動通訊標準。 事實上,三星並不是首個推出5G基頻晶片的廠商,早前高通、Intel都已發表5G基頻晶片。不過三星宣稱,Exynos Modem 5100為業界首款完全符合3GPP最新R15規範的基頻晶片,不僅可支援5G sub-6GHz與毫米波頻段,更可下向相容2G GSM/CDMA、3G WCDMA、TD-SCDMA、HSPA以及4G LTE網路,換句話說,終端裝置只須採用單晶片即可兼容歷代的行動通訊標準。 三星進一步解釋,5G發展初期仍以非獨立式(NSA)架構為主,倚賴現有的4G基地台與核心網路進行部署,而兼容各通訊標準的單晶片解決方案,將更有利於此階段的商業應用發展。 該款基頻晶片在sub-6GHz頻段最高下行傳輸速率可達2Gbps,在毫米波頻段則可達6Gbps的下行傳輸速率。相較於先前的版本,Exynos Modem 5100在以上兩個頻段的傳輸速率分別是前代的1.7倍及5倍。此外,該款基頻機晶片在4G網路中亦能維持良好的傳輸速率及穩定性,下行傳輸速率達1.6Gbps。 據悉,三星已利用搭載Exynos Modem 5100的終端原型裝置以及5G基地台,通過5G NR數據通話無線傳輸(OTA)測試。三星表示,該項測試模擬真實的蜂巢式網路環境,而這將加速採用該晶片的終端裝置開發以及商用化發展進程。 Exynos Modem 5100預計將在2018年底開始供貨給客戶,此外,該公司也將推出射頻積體電路(RFIC)、封包追蹤(Envelope Tracking, ET)以及電源管理IC(PMIC)解決方案。三星系統半導體事業(System LSI)部門總裁Inyup Kang表示,隨著5G通訊的演進,未來三星將持續推動行動通訊創新應用與服務的發展。
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iPhone引爆VCSEL市場 2023年市場規模上看33億顆

自從蘋果(Apple)將臉部辨識導入智慧型手機應用(Face ID)之後,帶動垂直共振腔面射雷射(VCSEL)需求上揚;而蘋果將於9月發布的新款iPhone,市場消息指出仍具有臉部辨識功能,驅使VCSEL出貨量將有增無減。對此,市調機構Yole Développement指出,在未來五年,VCSEL將持續維持爆炸式的成長,其商業機會將成長10倍以上,2017年至2023年年均複合增長率(CAGR)將達31%,而市場規模預計從2017年的6.52億顆攀升至2023年的33億顆。 Yole技術與市場分析師Pierrick Boulay表示,2017年,Apple發布基於VCSEL技術的iPhone X;iPhone X採用三顆不同的VCSEL裸晶用以實現Face ID和近距離感測,驅使2017年的VCSEL市場呈現爆炸式增長,整體營收達到3億3千萬美元。 Yole指出,數據通訊為首個整合VCSEL的工業應用,與邊射型雷射(Edge Emitting Laser, EEL)相比,VCSEL功耗較低且價格也較具優勢,因此適用於短距離資料通訊;在資料中心發展的推動下,VCSEL市場在2000年代隨著網路的普及而蓬勃發展,然後開始穩步增長。一直到2014年VCSEL才開始進入消費性手機市場,而2017年獲iPhone X採用後,便呈現爆炸式成長。 另一方面,在iPhone X發布3D感測應用後,其餘智慧手機品牌也相繼跟進,開始整合3D感測技術,如小米和Oppo於2018第二季推出的Mi8和Oppo Find X手機便整合VCSEL元件;至於華為、Vivo或三星等業者,也計畫在2019年將VCSEL整合到旗下的旗艦機型中。 Yole認為,基於此一因素,在未來五年,VCSEL需求仍將呈現爆炸式的成長,商業機會將增加10倍以上,搭載VCSEL的設備,市場規模預計從2017年的6.52億顆攀升至2023年的33億顆;而2017年至2023年年均複合增長率(CAGR)將達到31%。 此外,VCSEL的需求大增,市場上也開始出現了新的投資和購併浪潮。Yole SSL與Display業務部門經理Pars Mukish透露,此一趨勢很可能會導致未來幾年VCSEL行業以投資,新進者(大多數為LED行業)和購併的形式迅速發展。自2016年來已看到幾起購併案例,像是ams收購Princeton Optronics、Osram收購Vixar,或是Apple投資Finisar等。預計未來幾年,類似的投資或購併會大量出現;而一旦VCSEL發展到一定階段,此一行業還將出現更多整合,不論是垂直整合或應用整合等。
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調研:2020年AMOLED面板「軟性」當道

隨著智慧手機對主動有機發光二極體(AMOLED)面板的需求不斷成長,軟性AMOLED面板的出貨量預計在2020年,將占AMOLED面板總出貨量的50%以上。 根據IHS Markit研究顯示,到2020年,軟性AMOLED面板的出貨量預計將達到3.357億片,超過硬式AMOLED面板的出貨量3.159億片。預計軟性AMOLED面板占整體AMOLED面板總出貨比重達52.0%,高於2018年的38.9%。 Apple於2017年將軟性AMOLED面板導入iPhone X預計2018年推出第二款AMOLED面板手機,預計新款iPhone的需求將有助於提升軟性AMOLED面板的出貨量。另外,高階智慧手機正在計劃推出使用軟性AMOLED面板的可折疊應用,未來,可折疊AMOLED面板將成為改變行動裝置產業樣貌的關鍵。 預計2018年軟性AMOLED面板的出貨量將達到1.576億片,較2015年的4650萬片成長三倍以上,年複合成長率為50%。  
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閘極驅動器展妙用 GaN FET功率損耗再削減

由於卓越的品質因數(FOM),工業產業正廣泛地使用氮化鎵(GaN)場效應電晶體(FET)。 GaN能讓工程師設計以幾兆赫茲運作的高頻應用,並將整體功率密度提高至先前無法達到的水準。 在這個速度範圍下,除基本產品規格之外,選擇FET驅動器時仍須適當地考慮特定因素。這些隱藏的參數可能會嚴重影響高速運作加速系統的各種損耗機制的設計。 為實現高頻應用,能夠以最大限度地減少損耗非常重要,且需要對損耗進行準確分析以確定要改進的地方。在速度較慢的開關應用中,一些損耗區域通常被忽略,其中傳導損耗主導著總體FET損耗,但在頻率較高時,典範轉變(Paradigm Changes)和開關相關損耗居主導地位。此外,許多高速應用都使用小型FET,這可能會使FET驅動器中的開關損耗成為總損耗中的一大部分。為此,本文將探討上述損耗並說明FET驅動器的選擇會如何降低這些損耗,進而將設備推向更高頻率的操作領域。 第三象限損耗影響電源轉換效率 第三象限損耗與FET閘極低(FET處於關閉狀態)時,跟從源極(Source)到汲極(Drain)傳導電流有關。在每個開關週期中,兩個FET都處於關閉狀態的時間很短,因此電感電流可能流過第三象限模式中的一個FET,這會產生與頻率、電流和時間在死時內成正比的損耗。 在高頻率和低輸入或輸出電壓下運作的轉換器中,這種損耗會大幅降低效率。例如,在工作頻率為5MHz,輸出為10A的12V至1.8V降壓轉換器中,若死時從1ns延遲至10ns會使效率降低8.5%。 為了讓損耗最小化,驅動器的低側和高側傳播延遲(Propagation Delay)失配現象必須在裝置到裝置的變化中保持穩定,包含溫度、自舉電壓、高側針腳電壓(圖1中的HS)或HS擺率(Slew Rate),但這些考量因素有許多並未在產品規格表中測量。 為此,電源晶片商便積極推出新一代閘極驅動器以減低損耗,本文便用德州儀器(TI)旗下驅動器LMG1210做為例子。 提高設計效率須了解損耗機制 為了提高高頻設計的效率,必須瞭解以下損耗機制: .第三象限/死時(Dead Time)損耗 .自舉二極體反向恢復(Qrr)損耗 .驅動COSS損耗 圖1為一個基本的半橋原理圖,特別顯示驅動器COSS和自舉二極體的位置,該二極體可能產生Qrr損耗。其中有些驅動器具備內部引導程序,而其他驅動器則具備外部引導程序。 圖1 半橋原理圖顯示了帶Qrr的驅動器COSS和自舉二極體的位置。 反向恢復損耗 死時不是受到驅動器影響的唯一損耗(表1)。儘管GaN裝置本身不具備Qrr,但如果使用二極體進行引導,則該二極體的Qrr將導致損失。如果有需要的話,使用肖特基(Schottky)或小型第三代GaN裝置作為同步引導可以消除此損耗。 一般而言,二極體的Qrr損耗取決於二極體在反轉前短暫時間內的電流。儘管陰極負載二極體中的平均電流可能非常低,但在電流流出的半橋轉換器中的二極體電壓反轉之前的死時內,突波電流可能會通過陰極負載二極體。 這種突波電流是由死時內開關節點電壓突然下降引起的,這會在自舉二極體兩端產生相同大小的正向壓降,並產生高電流。當二極體反轉時,電流的激增會導致大量的Qrr損耗。這種效應通常不會發生在升壓型轉換器中,因為開關節點在死時內不會下降。 LMG1210具備與自舉二極體串聯的開關,在低側FET導通後導通幾奈秒(Nanosecond),並在低端 FET關閉之前關閉幾奈秒。這意味著自舉二極體在週期的死時內斷開,進而消除死時內通過自舉二極體的突波電流並減少相關的Qrr損耗。 因此,Qrr損耗現在與平均自舉二極體電流成正比,而不是突波電流;該自舉開關還可以消除自舉電壓電容器過充電現象。 圖2為具備開關節點電壓和自舉二極體電流的LMG1205的電晶體級模擬,包含兩種模擬情況:一種是LMG1205正常情況,其中自舉二極體存在於死時(以①顯示),另一種情況是LMG1210(以②顯示),模擬二極體在死時開始之前切換出來。如果自舉二極體沒有開關,則在死時內電流會激增至1.2A,反向恢復電流較大。 圖2 開關節點電壓(上方)和自舉電流(下方)。①是LMG1205型,在二極體反轉之前顯示電流激增;②是LMG1210型,其中引導程序在死時之前關閉。 在此模擬中,Qrr每個週期為8nC,取自高壓匯流排電源。對於在1MHz運作的48V匯流排轉換器,這是額外384mW的損耗。此一損耗、頻率和匯流排電壓成線性比例關係。此外,電流和相關Qrr的突波電流會引起開關節點振鈴(Switch-node Ring)增加。 為了在工作台上測量上述影響,配置了一塊帶有EPC EPC8010 FET的LMG1210電路板作為降壓轉換器,採用12V至6V的5MHz開關頻率,並測試了兩個自舉二極體:一個300V的P型N型(PN)接面二極體(Diodes Inc BAV3004W-7-F)和150V肖特基二極體(Diodes Inc.的BAT46W-7-F)。使用1.5A負載和5ns死時,並測量了兩種配置的功耗。一種配置自舉開關正常工作,另一種自舉開關短路,並模擬LMG1205的性能,表2列出了結果。 肖特基和PN接面二極體之間的損耗差異可能是因使用肖特基二極體(由於較低的肖特基正向壓降)和Qrr降低而導致自舉電壓增加所引起。由此可知,PN接面二極體在死時之前關閉自舉二極體帶來的益處最大,因為它受Qrr損耗的影響最大。它並未符合先前的模擬,因其具備不同二極體特性與工作條件。 LMG1205具備一個內部PN接面二極體,因此毋需旁路內部自舉電壓鉗位即可使用外部肖特基來提高性能。帶有自舉開關的LMG1210可使用較便宜的PN接面二極體和較低的電容,且仍可實現良好的Qrr損耗,或者使用肖特基二極體進一步降低損耗。 QOSS效應 半橋驅動器具備從高側驅動極到低側接地的固定電容。LMG1210具備進階的架構,可降低此電容。此外,所有驅動器都具備自舉二極體的電容。LMG1205的二極體在內部,同時作為驅動器QOSS的一部分進行測量,但LMG1210的二極體在外部。 圖3為LMG1205和新型LMG1210的隔離電容,顯示兩代驅動器之間的巨大差異。然而,LMG1210需一個外部自舉二極體,這將增加其總量。QOSS會導致額外損耗,這將在下一節中介紹。 圖3 高側到低側電容與電壓的關係 QOSS充電/放電損耗 在硬開關(Hard-switched)轉換器中,輸出電量在每次導通轉換時都會消耗在場效應電晶體中。這種損耗與QOSS、匯流排電壓和開關頻率成正比。GaN場效應電晶體的QOSS比矽低得多,進而減少每週期的輸出電量損耗,因此可實現更高的頻率。 總QOSS是FET的QOSS、驅動器、自舉二極體和電路板寄生電容的總和。由於採用矽技術,QOSS損耗主要由矽FET控制,因此幾乎不需要注意閘極驅動器的作用。當使用小型GaN FET(如EPC EPC8000系列、小於1nC的QOSS)時,閘極驅動器可能會構成損耗中的很大一部分。表3是兩個驅動器的0V~48V的QOSS,並簡單地將0V~48V整合至圖3中。 請注意,為了與LMG1205性能匹敵,可以考慮將外部自舉二極體的輸出電量增加到LMG1210。推薦的低電容二極體可能會使LMG1210的總電容增加250~800pC或更多,接面二極體通常位於低端,而肖特基二極體位於較高端。 在特定的應用中,請嘗試評估結合的驅動器和自舉QOSS與FET QOSS的比例,並盡量保持這個比例越小越好,以最大限度利用GaN的優勢。 綜上所述,許多設計人員通常會忽略上百赫茲應用的損耗機制,但對於以幾兆赫茲運作GaN的新應用來說卻變得非常重要。新一代閘極驅動器可解決這些損耗機制,並使這項新技術蓬勃發展,為使用GaN FET的未來應用帶來更多發展空間。 (本文作者為德州儀器GaN產品混合訊號IC設計工程師)
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