TE Connectivity傳感器事業部亞太區工程高級總監劉能泉博士，在前不久召開的Sensor China（中國（上海）國際傳感器與應用技術展）上接受採訪時說：
「我們看到的傳感技術的發展趨勢，主要集中在：集成化、小型化、低功耗。」
其中集成化是指，「在單個傳感器上集成多種相似或完全不同的功能，並產生強勁穩定的信號輸出」；而小型化，則是傳感器在確保性能的前提下，佔用更小的空間；低功耗自然就是減少能耗了。
事實上，去年我們參加Sensor China，觀察眾多傳感器廠商所推新品，大多也都是這個趨勢，尤其集成化、小型化已經成為共識。而且這種「集成化」除了橫向多傳感器的集成，到現在越來越多的傳感器企業開始做縱向集成：體現在完整系統的構建，甚至可能擴展到軟體更完整的數據處理，乃至雲、AI技術。
今年的Sensor China，我們照例採訪了五家具有代表性的企業，包括一家國際企業，和四家國內企業。一方面嘗試理解如今傳感器產品的發展趨勢，另一方面也進一步探查，國產傳感器製造商在國產自主化方面的發展程度如何。
TE的財報似乎並未將Sensor Solutions單獨列項，僅在Transportation Solutions運輸解決方案業務下，出現了"Sensors"這個門類。不過我們知道，TE的傳感器業務涵蓋了汽車、工業、醫療、環境、交通等諸多領域。有可能是財務結算方式差異。劉能泉說：「我們公司的18種品類的傳感器涉及12個行業領域。」
TE Connectivity傳感器事業部亞太區工程高級總監 劉能泉博士
今年Q3財報顯示，TE的Transportation Solutions下的Sensors業務銷售額為2.25億美元——單從這個數字來看，也仍是龐大的市場，雖然與其傳統的連接器業務相較還是體量更小的。而且大環境影響下，這個銷售額同比仍有小幅滑坡——但相比其他業務的滑坡幅度，已經是最為微小的。
Sensor China 2020展會上，TE主要展示了交通、工業和醫療三個板塊的傳感器應用。幾個主要的應用演示，一是HVAC/R應用展示，主要實現的是「在壓力、無線壓力、無線振動、溫度、溼度、位置等多款傳感器的通力協作下」，為智能暖通空調與製冷系統的信息處理提供傳感信息；另外一個是醫療手術應用展示，「一款用於微創手術智能化應用的、非常非常小的壓力傳感器，用來測量不同流體（如血液或腦脊髓液）中的壓力」，這有助於醫生做出診斷相關的關鍵決策。
交通板塊中，TE展示的是交通流量監控傳感器：QL動態稱重傳感器，可對車輛進行稱重、分類，可監控重型貨車，減少超載、保護道路基礎設施。另外，TE還在展會上展示了家電、物聯網等各類傳感器。
前文提到的集成化、小型化、低功耗趨勢，大概可以在醫療應用中體現出來。「在導尿管中加入溫度和壓力傳感器，可以用來檢測尿袋是否到量，需要更換，也可以評測病人的尿動力水平，令診療更加智能化。」劉能泉介紹說，「傳感器一定要小，才能裝進細長的導尿管中。且在這個應用中，需要將兩筐功能不同的傳感器集成在一起，實現不同功能，傳感器的使用可以減輕病人不適，並且量化尿路功能。」
在部分傳感器研發的過程中，「我們應用AI算法，比如液體特性傳感器，通過音叉在不同液體表面的震動，反饋液體的黏度值、密度值、介電常數。如果只觀察這三類值本身，很難得出太多結論。與高效的軟體算法結合，進行一定分析之後，就能幫助司機了解，汽車何時需要更換機油，對汽車機油消耗量進行智能控制。」
從這些大趨勢來看，TE在各領域的解決方案都是相對成熟的，從其展臺展示的產品數量和應用領域就能體現出來。不過這兩年國內傳感器製造商也在迎頭趕上。
歌爾微電子這次展示的骨聲紋傳感器是相當有趣的一款產品。它主要應用到TWS耳機之上，一方面做聲紋識別，另一方面可做收音的主動降噪。「骨聲紋器件，在人說話時將震動信號，結合麥克風，把噪聲信息屏蔽掉。」歌爾微電子傳感器事業部產品總監田峻瑜告訴我們，「它另外還有智能聲紋識別的作用。」
歌爾微電子傳感器事業部產品總監 田峻瑜
「聲帶發聲，傳播介質是骨頭和皮膚，傳到耳機上會有震動信號。震動信號和聲音信號是等頻率的。聲音信號很容易仿製，不夠安全。骨聲紋傳感器是雙重認證，必須本人佩戴、本人說話。在沒有接收到震動信號的情況下，別人模擬我的聲音，也無法通過身份認證。」田峻瑜對骨聲紋傳感器的市場前景很有信心，畢竟TWS耳機是個龐大的市場。
歌爾微電子是最早以麥克風起家，並隨後開始更多傳感器業務布局的企業，「關注的是人和環境」。這家公司今年7月份，在Yole Developpement發布的《2020年MEMS產業現狀報告》拿下了「全球MEMS廠商前十」，排名第九，是這份榜單中「首個進入全球MEMS廠商前十的中國企業」。
今年的Sensor China展會上，歌爾展示兩大類產品，主要是各類傳感器產品和SiP系統級封裝方案。除了像骨聲紋傳感器這樣有趣的產品外，歌爾展示的傳感器或者解決方案的普遍特色，就在提高集成度、小型化的特色上。且在提高集成度的問題上，歌爾會採用「2.5D或者3D封裝，把空間利用起來，形成一個更小的集成功能的單體」，「SiP封裝能夠實現集成度的提升，我們在青島的SiP產線已經在去年下半年投入使用。」
「今年我們也將集成化和小型化作為我們的發展方向。組合傳感器會集成更多的功能，比如一些氣壓類的、聲音類的、溫度類的。我們有一款在TWS耳機上專用的麥克風+加速度計的產品。」田峻瑜表示，「TWS耳機需要聲音的交互，也需要觸感交互，比如語音控制+敲擊震動，我們就把兩個器件做在了一起。」
而歌爾的麥克風+氣壓組合傳感器，「我們把麥克風、氣壓計集成到一起，通過開孔感知環境參數，包括聲學、氣壓、溫度的參數。在一個單體器件內做集成度更高的晶片。」
「現在的終端產品包括一些穿戴類、耳機隨身的便攜設備，要求集成的功能是要越來越多的。產品內部為器件預留的空間也很有限。我們就採用一些技術或工藝，做到更高的集成度。」
我們在歌爾的宣傳冊中，看到歌爾微電子也做自家的軟體算法，強調「軟體開發能力」。這一點，似乎從我們採訪的另一家專門面向汽車領域的傳感器國產廠商，保隆科技更能得到淋漓盡致的體現——當然，這與汽車行業本身的發展特點也有關。
上海保隆汽車科技股份有限公司汽車電子事業部汽車傳感器板塊總經理汪超介紹說，保隆這次展示的主要是「兩個方面的產品」，「一是國六排放相關的壓力傳感器產品——國六排放標準會讓整車系統商增加3個新的壓力傳感器，分別是碳罐脫附壓力傳感器、燃油蒸發洩漏壓力傳感器、GPF壓差傳感器，都用於國六排放診斷用。」
「另一個類別與智能網聯、自動駕駛、新基建相關的，包括攝像頭系列產品、雷達系列產品。」「基礎的360°環視系統，我們採用雙目方案探測行人、障礙物，目標距離、形狀等，另外也應用在駕駛員狀態監測、人臉識別；我們也做交互攝像頭，跟網際網路公司合作；雷達方面，包括長距離ACC跟車巡航測量200-300米，還有中距離80-100米的防撞，短距離幾十米盲點檢測等。」
上海保隆汽車科技股份有限公司汽車電子事業部汽車傳感器板塊總經理 汪超
保隆科技涉足的，還包括智能懸架相關的產品。這部分「我們在做國產替代，原本是豪華車用，我們希望通過國產替代的方式將它放到中級車用。如果20萬的車能用得起，量產規模會大很多。同時電動汽車智能懸架是標配，所以目前這個產品的市場熱度很高，我們是2012年開始涉足這一領域的，所以在國內有一定先發優勢。」汪超表示。
目前保隆科技的出口比例很大，「70%以上是海外市場，中國市場26%左右。保隆科技目前在全球有7個生產基地，歐洲的公司數量和中國的公司數量差不多。」
在產品的演進上，除了多傳感器融合在汽車領域也是個毋庸置疑的趨勢，「我們最早的產品做的是純硬體，投資就在硬體、工藝研發上，包括產線的研發。接下來我們有兩個很重要的產品，胎壓檢測、光雨量傳感器。進入到另一個時代，就是軟硬結合，既有硬體的設計需求，又有軟體功能結合的需求，結合起來才是完整的產品。」這一點，也佐證了前文提到傳感器廠商正在做縱向擴張的趨勢。
「比如攝像頭、雷達，要求更強大的軟體驅動功能，裡面的軟體本身、架構設計是很複雜的。因為涉及到安全，會有更多測試軟體在裡面，我們要考慮測試軟體代碼寫得對不對，是否符合規範、確保軟體的可靠性，還要再買另外的軟體，測試功能是否達到目標設計。」
「這光靠我們一家企業是遠遠不夠的。首先我們要用晶片，晶片裡面本來就有軟體；底層都是軟體供應商在開發，我們則要開展應用層和物理層的軟體開發，車廠那邊還要做軟體對接。我們需要和第三方軟體公司合作，一起來做聯合開發。汽車各系統的廠商，比如控制剎車、轉向的廠商都要做軟體開發，要與我們對接。做完之後，往上還有整車控制系統，將來就是車廠來做，做一個中央控制器，控制整車邏輯和運行模式，相互的配合工作量很大。」
「現在大家都在考慮兩件事，怎麼確保代碼統一性、互通互融，怎麼把軟體規範性做好。不管零部件供應商、系統供應商，還是整車廠，大家的軟體都要服從這套完整的規範，做出來的東西才是可以在車上安全、可靠、穩定地去運行和使用的。」汪超說。
多傳感器融合、軟體能力越來越重要，顯然是眾多傳感器廠商在做的事。而縱向能力擴張的集大成者，大概就是西人馬了。
這家企業本身涉獵的層級就比較廣。在晶片方面，西人馬是IDM模式；產品研發領域甚至還下探到了材料，比如光刻膠的研製、第三代半導體材料研究等。現如今則開始做「邊緣計算數據採集設備，邊緣計算的伺服器、物聯網等」，「集成了端、邊、管、雲、用的整體戰略。」西人馬科技產品總監謝巍表示，「我們希望在MEMS還有傳感器方面，能夠為防止國家被卡脖子做貢獻。」
西人馬科技產品總監 謝巍
西人馬的產品製造在泉州，「包括材料的研發、MEMS晶片的設計、晶片製造，包括製造工藝的研究，封裝、測試這些都在做，在我們泉州大概一兩百畝的園區內。」謝巍介紹說。
「除了傳感器端，我們現在也集成更多的周邊晶片，讓晶片本身變得智能。同時我們在邊緣計算、雲，這兩端集成了自己的AI算法。包括數據採集時，結合行業應用做相關閾值設定：比如在測試壓力時，什麼樣的壓力數據要傳到雲端，什麼樣的壓力數據是正常變化，在邊緣端做相應處理。」
這是縱向發展完整系統的典型。西人馬在本次採訪的幾家企業中，更具有橫向、縱向都期望覆蓋全面的代表性：不僅是IDM模式，不僅開發傳感器周邊晶片，不僅做傳感器融合，而且做邊緣計算、雲解決方案，包括具體到算法的部分。
舉例說，邊緣計算部分包括了「邊緣數據採集設備，和邊緣計算伺服器。伺服器是比較通用的，基於採集的數據數據，結合實際應用——比如梯聯網（電梯聯網），我們在電梯裡部署相關傳感器，包括加速度傳感器、振動傳感器。邊緣數採設備做採集，送到電梯監控室，也就是邊緣伺服器。對採集的數據進行分析，判斷電梯狀況。震動超出一定範圍後，就會報警，維護公司能夠從App上看到，相關維護人員就可以到現場。」
「機器學習是在斯塔雲相關的神經網絡的算法。」這裡的斯塔雲是西人馬前不久發布的產品。除了梯聯網，再比如鋼鐵行業，發動機轉速檢測，發動機葉片溫度，震動相關的機械故障監測系統等，「我們在這個行業做了大規模的複製推廣。」謝巍表示。
西人馬的這次在展會上展示的傳感器，比較具有代表性的是MEMS壓力傳感器，而且是「中高溫傳感器」，面向民用航空領域。「125℃以下叫常溫傳感器，到260℃是中溫，600℃是高溫。航空領域，在大氣層飛行基本上要求中高溫。」謝巍說，「國內基本上沒人能做或很少能做。」「我們現在做這樣的產品，能夠滿足對大飛機的需求，解決了國內的痛點問題。」
這是比較典型的國產替代實現。當然西人馬涉足的領域不只是民用航空，還包括能源、醫療、交通及工業等。
而在自主化、國產替代的問題上，另一家比較有發言權的公司就是杭州晶華微電子了。去年的Sensor China，我們也採訪了晶華微電子。這家公司主要做高精度ADC+MCU類的SoC晶片，面向衡器、壓力、溫度傳感器等方面的測量與信號處理。其主要產品涵蓋工業控制應用晶片、傳感器測量晶片、儀表測量晶片和高精度數字溫度傳感器晶片。
杭州晶華微電子有限公司副總經理 趙雙龍
去年的報導中我們就提到，晶華微電子的HART modem晶片銷售額達到千萬元，是全球為數不多量產此類產品的廠家之一。「工控類晶片是我司IC技術上的一次成功突破，打破國外壟斷實現了國產化。」杭州晶華微電子副總經理趙雙龍說，「未來工控類IC設計仍是晶華微的一個重點，」「踐行和推進『中國製造2025』的戰略方針。」
「過去一年的貿易戰進一步加劇了國產晶片替代的緊迫性，晶華微的工控晶片系列的相關業務量也有明顯的增長，符合目前的國際大環境背景。」這應該是提倡自主研發能夠見到的成果了。
今年展會上，晶華微電子展示的工控類晶片，比較抓人眼球的是「工控壓力/溫度傳感器信號調理和變送輸出專用晶片」，這是針對工控類儀表和傳感器的二次或三次非線性誤差特性校正，能夠提供快捷處理方法、簡化產品設計過程的晶片，適用於高精度測量儀表應用。從晶華微電子的產品路線圖來看，此系列產品預計是明年推向市場的，趙雙龍則告訴我們，目前晶片已經進入到樣片測試階段。
除此之外，今年疫情期間相當熱門的紅外測溫槍，許多產品就應用了晶華微電子的單晶片解決方案。
Sensor China 2020展會上，晶華微電子展示的紅外測溫信號處理晶片，內置一個有效位數18位的高精度ADC、低噪聲儀表放大器、低功耗8位MCU、通訊接口電路及LCD/LED驅動。「今年受到新冠疫情影響，紅外測溫晶片需求暴增，公司在該晶片的銷售額也成倍增長。」趙雙龍表示。
這屬於「大健康類晶片」，「目前帶高精度ADC和32位MCU的人體健康參數測量專用SoC晶片也已經進入量產階段」，最終產品包括智能體脂秤、壓力計、血氧計、血糖儀等。」這是今年晶華微電子正在熱推的新品。
這些「大健康」類產品，在趙雙龍看來，今年在行業內格外利好，促進了傳感器行業本身的發展。而另一方面，「疫情控制的過程，也是對紅外測溫等抗疫類電子產品的一個檢驗過程，尤其是出口產品，暴露了不少缺點。對傳感器及整機廠家來講是挑戰，更是經驗教訓，為國內傳感器行業整體水平的提升發展梳立了參考標準。」
「行業和企業都應該總結經驗，繼續深入研發，向世界級通用標準看齊，國內傳感器行業才算是真正的發展了。」
責編：Yvonne Geng