可穿戴設備撬動感測器藍海，市場何時爆發？
在科幻電影片中，我們經常能看到各種可穿戴設備，比如：漫威系列電影中托尼·斯塔克的鋼鐵戰衣，《少數派報告》中喬恩·安德頓的體感手套，《星際迷航：下一代》中皮卡德艦長的徽章通訊器……它們幾乎是每個科幻愛好者夢寐以求的裝備。這些炫酷的可穿戴設備背後，都離不開各種感測器的加持。
現實中的可穿戴設備沒有電影中那般神奇，大家都認為，當前可穿戴設備的價值並未被充分挖掘和發揮。「功能單一」和「實用性差」都是制約其發展的主要因素，解決這些問題的關鍵在於感測器。日前，國際電子商情分析師採訪了國內外多家感測器廠商，圍繞可穿戴設備感測器做了多方面的探討。
全球可穿戴設備感測器現狀
可穿戴設備中融合了多種類型的感測器，包括運動感測器、生物感測器、環境感測器、皮電感測器、心率感測器、氣壓計等。這些感測器正如人類的五官，同時又超越人類的五官，它可以精準地「感受」外界環境的變化並作出反應。
在過去的五年里，智能手錶、助聽器、耳機和AR（增強現實）、VR（虛擬現實）、MR（混合現實）等關鍵產品類型推動了可穿戴設備的增長，促使感測器的銷量有了更大的增長。據麥姆斯諮詢預測，到2022年，全球可穿戴設備感測器的市場規模將增長至16.54億美元，2016-2022年期間的複合年增長率達30.14%。
艾邁斯半導體台灣區總經理李定翰
值得注意的是，隨著感測器技術的發展、5G的進一步商用，可穿戴設備將迅速普及，功能日趨完善。艾邁斯半導體（ams）台灣區總經理李定翰表示，由於人口老齡化進程加快和對個人健康管理更加重視，在電子設備中需要整合越來越多的感測器，這種需求帶動了新一波的產品開發和升級的熱潮。
又因地域差異，中外可穿戴設備市場也有不同的表現。「國外市場以知名品牌的可穿戴產品為主，國內則呈現品牌和應用多樣化趨勢。國內可穿戴市場正在往細分領域發展，如幼兒安全穿戴、居家看護等應用。」他舉例說。
樓氏電子消費電子事業部中國區技術市場經理楊大穩
樓氏電子消費電子事業部中國區技術市場經理楊大穩認為，伴隨可穿戴設備更加智能化，越來越多的設備需要支持語音識別、語音通話、回聲消除和降噪以及音源識別等功能。國外的高端品牌商，如亞馬遜、谷歌等，正推出語音功能的戒指、手錶和耳機，這些設備支持語音喚醒、語音通話和主動降噪，它們的上市將會帶動新的流行趨勢。
他還介紹：「國內廠商也在推出手環、手錶和耳機等設備，除了基礎功能之外，這些設備還支持NFC（近場通信）現金支付、公交卡和身份識別等功能。另外，國內廠商還更注重成本控制和產品生產周期。」
豪威科技LCOS運營總監張江元
微顯示器是連接AR/VR可穿戴設備與用戶的人機交互界面，與其他類型的顯示器相比，可穿戴設備所需要的微顯示器的尺寸更小，對功耗的要求更嚴格。豪威科技LCOS運營總監張江元介紹說，特別是用於AR眼鏡的微顯示器，它還處於產品應用的初期。現階段國內外對AR設備的定位並不一樣：國外AR設備公司希望該產品往手機替代品的方向發展，旨在打造一款既集合手機現有功能，又能實現移動式大屏和3D立體顯示的產品。而國內除了部分商用市場之外，AR設備在消費品市場的第一階段主要以手機配件的形式出現，並逐漸往一體機的方向發展。
可穿戴設備感測器面臨的挑戰
據IDC預測，2019年全球可穿戴設備出貨量有望突破2.229億台，到2023年這個數值將有望增加到3.023億台。
消費者對可穿戴設備的期待越高，就越需要引入更多感測器和更好的組件，這給相關的感測器供應鏈企業帶來了挑戰。
·技術方面的挑戰當可穿戴設備與雲服務連接更緊密時，語音喚醒或控制、語音搜索雲內容、語音獲取服務等功能將日益普及。硅麥克風可實現高效的雜訊抑制和回聲消除，能提升可穿戴設備的語音通話質量和音頻播放品質。
楊大穩解釋，對可穿戴產品的時尚、智能、個性化功能的追求，使感測器朝著小型化、低功耗、高信噪比、寬頻響曲線方向發展，具有「集成度高、尺寸小、性能好」特點的硅麥克風將更具優勢。為了迎接5G和IoT（物聯網）時代的挑戰，樓氏電子正在專註更小型化和更低功耗的硅麥克風設計。
張江元稱，在可穿戴設備中，AR/VR是5G的重要應用場景之一，也是消費者最容易直觀體驗的應用場景。目前，AR/VR還局限於部分遊戲、特殊工業和商業應用，如：安防、教育、電力、製造和巡檢等。應而如何根據不同市場需求，保證技術方向正確和性能領先是企業最大的挑戰。
·配套服務方面的挑戰
除了技術之外，配套服務也是一個難點。李定翰強調，很多可穿戴產品已經有了清晰的市場定位和目標應用，更多新技術的導入增加了產品設計和平台選用的複雜度，系統整合和後台服務也會影響用戶對產品的選擇。
穿戴式設備有低功耗和抗環境雜訊能力的要求，不過由於電池空間有限，使用場景有防水、抗臟污等需求，對感測器的可靠性提出了新的指標。而生物體征識別是最難達到完美的檢測。其中，最普遍的應用是對自動調光和姿態的識別，例如：ALS（環境光感測器）和Gyro sensor（陀螺儀感測器）等。「對生命體征的測量有著巨大的市場潛力，未來Bio sensor（生物感測器）一定有非常龐大的發展空間。怎麼做到精準並完善軟體系統，一直是廠商努力的課題。」李定翰說。
針對可穿戴設備，ams可提供ALS、Color sensor（顏色感測器）、Bio sensor感測器，這些器件應用在智能手錶、智能手環、AR/VR眼鏡等產品上。李定翰介紹，ams提供的模塊可幫助客戶省去演算法的補償補丁，節省再應用的開發時間。
ADI亞太區醫療業務系統應用經理俞毅剛
在醫療可穿戴設備領域，感測器企業不僅要有產品優勢，還要有專業技術支持的能力。ADI亞太區醫療業務系統應用經理俞毅剛以體徵信號監測器為例，這種設備主要包括專業監護類產品和可穿戴產品。當前，兩類產品有進一步融合的趨勢，這不但要求感測器具有高性能、低功耗、高集成度、小體積優勢，而且還要求感測器企業可提供完整的系統級解決方案和及時專業的技術服務。
據了解，針對可穿戴設備，ADI在光電技術、生理阻抗測量、生理電勢採集、溫度、運動狀態監測以及環境相關（氣體/CO2、紫外線監測等）等領域都有成熟的產品和持續地投資。
這些企業都做了哪些工作？
在前文我們提到，「功能單一」和「實用性差」都是可穿戴設備現在的缺點。解決這些問題還需要從感測器上來入手。為攻克這些難題感測器產業鏈企業都做了哪些工作？由於應用在可穿戴設備中的感測器五花八門，受訪者給出了不同的答案。
張江元透露，在可穿戴設備微顯示器領域中，主要的技術瓶頸包括晶元尺寸、功耗、亮度以及對比度等。為了能提供更專業的產品和解決方案，用於消費品級產品大量供貨，豪威科技一直致力於LCOS技術的量產化：「2017年，在上海松江建成了全球首條12英寸LCOS晶圓級液晶盒自動化封裝生產線，解決了應用於AR設備微顯示器的LCOS產品的產能和量產穩定性問題；2018年，設計、生產出全球首款將驅動晶元與LCOS顯示晶元集成為單一晶元的1080P顯示晶元，實現了高集成與低功耗的結合；主動式影像對比補償工藝技術大幅提升了LCOS面板的影像對比度性能，通過新的封裝設計縮減了產品尺寸；此外，豪威松江園區的可控全產業鏈LCOS面板模組工藝技術保證了國內720P和1080P LCOS面板模組穩定量產。」
【 編者按：LCOS（硅基液晶或單晶硅反射式液晶）顯示是LCD（液晶顯示器）與CMOS（互補金屬氧化物半導體）集成電路有機結合的反射型新型顯示技術，LCOS作為新型顯示器件具備大屏幕、高亮度、高解析度、省電等諸多優勢，其應用產品被廣大消費者和業內人士看好】
李定翰向《國際電子商情》表示，如何在一個模塊里整合不同的感測器一直是ams努力的方向。ams通過內部研發或尋找外部合作夥伴來解決該問題，現在相關技術已成功導入到量產模型中。ams還在產品設計的初期就考慮了量產會遇到的難題，且為此提供了完整的解決方案。「保證客戶能夠從設計生產製造的流程里清楚的了解到最終應用所要體現的效果，從而協助產品達到差異化，解決『最後一里』的難題。」他稱。
樓氏電子可提供全系列的硅麥克風產品，楊大穩坦言，樓氏電子在硅麥克風領域不斷開拓新技術和新產品，從MEMS感測單元、ASIC集成IC到封裝測試等方面，進行創新研發和應用。力求提供集成度更高、封裝尺寸更小、功耗更低和性能更優的產品，同時在進一步研究提升產品的魯棒性。
俞毅剛介紹說，可穿戴設備佩戴在身體上的什麼位置，在很大程度上決定了哪些參數可以被測量，也決定了感測器的主要應用類別。最明顯的位置是手腕，其次是頭部，再次是胸部。根據不同的佩戴位置，不僅要選擇哪些參數可以測量，還要選擇使用何種技術。生物電位測量技術適用於心率測量，其信號很強，利用多個電極從身體中輕鬆獲取數據。光技術更適用於單點測量，將光線射入組織中捕捉、測量動脈中血流對光線的反射信號，從接收到的光信號中獲知逐搏心跳信息。不過，該技術也存在多項挑戰，比如運動和環境光線都會使設計變得困難。
為此，ADI推出的第二代可穿戴設備參考平台集成了以上技術。該參考平台設計用於戴在手腕上，但也可以去除軟帶將設備貼在胸上。據悉，該方案包含支持生物電位測量、光學心率測量、生物阻抗測量、運動跟蹤、溫度測量的技術，它們全都集成在一個微型電池供電設備中。
可穿戴設備感測器未來趨勢
業內人士認為，可穿戴設備在醫療和個人健康領域將有更廣闊的市場。近年來，智能手錶和智能手環的出貨量激增，「心率檢測」和「計步功能」是這兩類產品的特色功能，從它們的市場表現可以看出用戶對健康問題越來越關注。
俞毅剛堅信，具備醫療性能甚至診斷級性能的感測器，將會是可穿戴設備未來的方向。ADI的產品和方案都是具有戰略規劃的系列產品，目的是引領市場趨勢，解決用戶系統級應用難題。他強調，「一般情況下，ADI新品的性能會比前一代產品提升三分之一以上。對於開創性的產品，通常可給整機廠商的帶來更顯著的性能提升。當然，這並不會增加用戶的系統方面的成本。」
李定翰透露，可穿戴設備感測器的發展趨勢與對健康的關注、身體情況的多元化監測是一致的。如何提供符合醫療規範的感測器，將是未來產品發展的方向。ams在多年前就已經針對該領域投入了很多資源，在未來幾年內，將會陸續發布相關的產品。
目前，市面上多種顯示技術並存，包括DLP（數字光處理）、Si-OLED（硅基板OLED屏）、LCOS以及MEMS（微機電系統）、Micro LED（微型發光二極體）等。Micro LED是新一代顯示技術，其功耗更低、亮度更高、發光效率更好，是可穿戴設備用微顯示器的發展方向。但因技術難度大，至今未推出成熟的產品。隨著衍射式波導技術發展成熟，業界普遍認為LCOS搭配衍射式波導，將是未來3-5年內AR眼鏡的主流技術。張江元介紹，豪威科技能為可穿戴設備提供空間繪製、眼球追蹤攝像頭模組以及微投影顯示LCOS晶元的整體解決方案。其720P、1080P LCOS，採用全數字式晶元技術，在畫面均一性、光學性能、殘像性能、量產良率方面有更好的性能，且具備百萬級產品量產能力。
用戶對於可穿戴產品，希望有更優化的系統和更智能的功能。這對感測器提出了微型化和智能化的要求，需要在小型元器件內通過演算法，對外界的信號和數據進行主動檢測、分析、處理。楊大穩介紹，作為實現語音交互功能的關鍵器件，硅麥克風將會被各種可穿戴設備廣泛採用，來提升其智能化、便利性和音頻性能。樓氏電子提供了一系列的智能麥克風、數字硅麥和模擬硅麥以及其它各類產品，以此來滿足可穿戴設備市場的需求，同時根據市場供需的變化開發創新性產品。
本文為《國際電子商情》2019年12月刊雜誌文章，版權所有，禁止轉載。免費雜誌訂閱申請點擊這裡
