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ST传感器 + MCU + S2-LP:解决物联网难题只需三步

时间:2019-06-06 作者:廖均 阅读:
2019年5月29日,意法半导体(ST)在深圳举办了主题为“新工业、新智造”的首届工业峰会,围绕电机控制、电力与能源和工业自动化,深入探讨了ST将如何助力亚洲工业及工业物联网进行未来的技术布局。

2019年5月29日,意法半导体(ST)在深圳举办了主题为“新工业、新智造”的首届工业峰会,围绕电机控制、电力与能源和工业自动化,深入探讨了ST将如何助力亚洲工业及工业物联网进行未来的技术布局。

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ST一直深耕亚洲市场,在亚太地区拥有三分之一的员工,有6个研发和芯片设计中心,在新加坡还有一个大晶圆厂。

ST的战略目标是:
1. 成为工业嵌入式处理领导者
2. 在工业模拟器件及传感器领域加速发展
3. 扩大工业电力及能源管理规模
4. 加速工业OEM发展

针对智能出行、电力能源管理及物联网这三大关键应用,ST提供了一系列产品,包括汽车IC、分立器件功率晶体管、各种各样的模拟器件、工业芯片以及功率转换IC、通用MCU,以及不久前推出的MPU、MEMS传感器、影像传感器和基于ST专有技术的ASIC。

在ST的四大终端市场:汽车工业、个人电子设备、通信设备、计算机和外设中,工业市场及工业应用解决方案占据销量的30%,在中国的份额甚至超过了30%,工业领域的年复合增长率已经达到了6%,工业和汽车两大领域在未来的行业发展中充满各种机遇。

智慧工厂难以落地的两大原因

工厂自动化的发展主要依靠于连接性、感应层、电机的控制以及电源的管理。

工厂自动化背后需要自动大脑,在自动大脑背后还要有连接性,同时要能够保证所有的致动单元都是有效的,还需要传感层。 “如果我们没有任何的传感层,就会形成信息孤岛,就好像人没有眼睛、没有五官,就没有办法观察周围的世界和信息的流传”,ST模拟器件、MEMS和传感器产品部总裁Benedetto Vigna做了一个很形象的比喻。

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现在整个传感器行业非常受欢迎,因为传感器帮助搜集数据,通过数据搜集来形成自有的算法。如果没有数据传到传感器,就无法实现有效的人工智能和算法。ST在8年前开始进入MEMS传感器领域,现有的传感器已经可以做到运动、振动、角速度的测量、温度的控制,湿度的控制校准、压力监测、湿度监测和声学监测。Benedetto Vigna播放了一段视频,展示了如何通过压力和温度测试和监测的方式获得周边的环境数据。

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在回答《电子技术设计》记者关于“实现智慧工厂最大的技术难点”的提问时,Benedetto Vigna说:

第一个是传感器,十年前市场上的传感器功耗非常高,而且价格十分昂贵。

第二个是功率器件,包括MCU、MPC、MPU,以及机器学习算法等,它们要么是当时技术不够成熟,要么是同样功率消耗过高,所以当时大量的功率器件只出现在大学的实验室或一些顶尖的科技公司,比如说谷歌的算法实验室。

但是最近几年,在传感器以及功率器件上,我们取得了很大的进步,智慧工厂在生产效率以及在智能设备和智能技术使用率方面得到了极大的提升,使智慧工厂能够更快地落地。

Benedetto Vigna还强调,千万不能忘记,在智能工业发展过程当中,更为重要的是大数据的分析。通过传感器能够搜集到大量的数据,人工智能是通过分析和理解大数据来帮助预测出机器控制的最好方法。未来ST将通过大数据的分析赋能智慧工厂,通过微控制器,提供连接产品,实现接近传感、运动控制,以及各种不同的数据的收集,真正将传统的工业转化成为智能工业。

碳化硅和氮化镓提高系统能效

碳化硅对于工业应用来说非常重要,对电气化要求也非常高,比如新能源汽车及其它新能源基础设施建设。

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ST为此推出650V了碳化硅MOSFET,现在正进行1200V的碳化硅MOSFET第二代高压高性能产品的开发,即使在高温条件下,开关损耗和功率也能保持极低的损耗,有助于工业设备降低功耗,缩减体积,降低重量,帮助提升每单位上的需求,同时提升产品的性能。

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具有PFC拓扑结构的涌流限制板,也采用了碳化硅MOSFET管,板上同时还包含MCU。

ST事业部总经理、离散器件专家Edoardo Merli介绍,为了扩展基材以及基材生产能力ST收购了一家瑞典公司,并从今年开始建新的晶圆厂,以便更好地整合到目前产品生产链当中,实现从基材到最终产品的真正全生产链条。

除了碳化硅解决方案,ST还提供氮化镓解决方案,它们有更高的频率和更高的功率。“它们不仅可以用在二极管上,还能帮助我们实现裸片功率效率的极大提升,从而为客户带来大量不同的封装选择,包括高压性能产品。”Edoardo Merli说,例如,在某些情况下可以实现多个裸片,获得更多的空间,还有更多的设计元素。

目前ST针对氮化镓有两个主要的技术方向:

第一个是几年前与MACOM签署了协议,共同研发和开发有关硅基氮化镓相关的技术和产品,这样的技术和产品能够帮助解决目前5G传输的网络架构问题以及未来5G通讯时代可能的资产问题。

第二个是氮化镓在功率开关和功率转换上的应用。在工业应用环境中,特别是在汽车行业,越来越需要低功耗产品。目前ST正与法国CEA-Leti研究机构合作,进行大量的技术开发,主要关注功率的转换以及后期产品上的控制单元集成。从生产的角度,ST正在Catania(意大利卡塔尼亚)设立一条新的生产线,主要是关注射频产品,特别是使用氮化镓制造的元件,最终实现功率的转化和功率的开关。

氮化镓产品不仅可用于现有的产品开发,涵盖晶体管,今后甚至很有可能涉及裸片。

传统的晶体管一般来说功率较高,ST可以使用驱动器,不是传统市场中的通用驱动器,而是专用驱动器,响应目前较高的开关频率需求,将专用驱动器和晶体管封装在同样的产品中,从而带来较高的性能,特别是满足晶体管高功率的要求。

S2-LP + Sigfox:撬动全球物联网市场

怎样把分散全球的产品数据采集回来,进行预诊断、预分析,进而提升服务?GSM太贵了,LoRa都是局域网络,NB-IoT各个国家的运营商不一样,而WiFi、BLE需要借助客户工厂的网络。

工业界需要一个低成本、低速率、低功耗、十年不换电池的全新连接方案,能够在全球范围内不需要借助其他通信设备而独立地把数据传回来,Sigfox全球生态链伙伴与中国区战略产品高级总监严更真在演讲中说,这就是ST和Sigfox的重大创新,ST传感器+MCU+S2-LP(S2-LP是一款低功耗Sub-1 GHz物联网芯片),足以撬动全球物联网的市场。

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开发物联网只需三步:
1. 硬件发送消息;
2. 位于全球各地的基站接收状态与定位信息;
3. 信息被转发到客户的IT平台。

它非常适合几种应用:传感器的追踪,传感器事件的汇报,以及资产追踪。

例如,博世物联热水器的预诊断分析,全球的供应商能够把数据采集回来,做诊断和分析,从而提高服务水平,减少因为客户发生故障而临时去救急的高额成本。

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汽车丢失追踪。严更真解释道,网上有一些说法,说授权频段不容易受干扰,非授权频段容易受干扰,这是一个谬论,其实GSM非常容易被干扰。Sigfox跟GSM有一个互补的应用,在GSM和蜂窝网络被人干扰情况下,Sigfox能把消息传出来,作为被动通信,所以在安防领域,Sigfox以增加很小的成本,来减少很大的损失。

结语

随着技术不断进步,工业自动化的进程越来越迅猛,但目前整个工业行业还存在着与其他行业不同的问题。首先是数据传输需要较高的实时性,因此需要5G和边缘计算来降低信息传输的延迟。另外,很多工厂不愿意与云服务商分享数据,因为涉及保密性或安全性问题,所以目前一个比较大的挑战是数据安全性。不过,很多技术已经到位,整个智能行业的架构也已具雏形,随着未来进一步的发展,整个的工业必定会加速走向智能化。

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廖均
电子技术设计(EDN China)产业分析师
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