2024年度技术总结——MCU与MEMS和TOF应用实践

引言

2024年对我来说是技术成长与突破的一年。在这一年里,我不仅在技术领域拓展了深度和广度,还通过与客户合作的实际项目,成功实现了从单一MCU到MCU、MEMS与TOF技术融合的跨越。这一过程中,我深刻认识到,技术的进步不仅仅是理论上的突破,更需要在客户应用场景中进行实践和验证。技术不应仅限于闭门造车,它的真正价值是在实际项目中落地,并为产品赋能,从而解决现实世界中的挑战。

通过对客户项目的总结与反思,我逐步意识到,技术能力的提升不仅仅依赖于对单一技术的深入研究,更在于如何跨越不同技术领域,整合多种技术,以解决复杂的客户需求。特别是在今年多个涉及MCU、MEMS和TOF技术的项目中,我深刻感受到技术融合的重要性。每个技术领域都有其独特的优势,而将这些优势有效结合,才能创造出具有市场竞争力的解决方案。

未来,我将继续在这些技术领域深耕,同时保持对新兴技术的敏感,以便能及时捕捉行业发展的新动向,并在项目开发中持续进行技术创新。跨领域技术的融合将会是未来发展的核心,而我将致力于在这一过程中精确把控技术风口,推动产品更快落地,实现更广泛的应用。

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MEMS传感器在激烈市场中的突破之道

在这个快速发展的科技时代,人工智能、传感器技术以及数据融合的不断进步,正在深刻改变我们的生活方式和工业生产模式。智能传感器的功能早已不再局限于基础的数据收集和处理,它们如今能够提供更为复杂的数据分析和决策支持,推动各行各业的智能化转型。

MEMS产品在市场中占据了领先地位,但同时也面临来自国内外厂商的激烈竞争,特别是在低成本传感器领域,国产替代带来了显著压力。尽管进口的产品在精度、功耗和集成度方面拥有一定优势,能够满足多样化的市场需求,但对于一些低端市场的客户而言,价格依然是最重要的考虑因素。因此,我们需要通过差异化定价策略、深耕高附加值市场,并进一步强化技术支持,提升客户黏性,增强市场竞争力。

为了在竞争日益激烈的市场中占据更有利的地位,在2024进行产品创新、精准的市场细分以及生态系统的构建,推动从单纯的产品提供商向综合解决方案提供商的战略转型。这不仅能帮助我们抢占新兴市场,也能够进一步巩固在传统市场中的优势。

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加速度计

传统的加速度计主要用于检测一些基础功能,如倾角监测和6D/4D方向检测。这类应用的客户大多选择LIS2DW12或价格更为亲民的LIS2DH12作为解决方案。尽管这两款传感器的价格较低,但目前仍存在价格倒挂的现象——虽然单价便宜,但由于客户的年需求量通常超过100K,依靠规模化效应仍能显著提升整体利润。此外,我也制作了对应DEMO板能够有效缩短客户的开发周期,进一步降低项目实施的时间成本,帮助客户更快速地实现产品落地。

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尽管这条产品线的附加值相对较低,但它在多个新兴应用领域依然保持着广泛的市场需求。例如,通过技术创新和应用扩展,可以进一步拓展振动监测、碰撞识别、运动检测等领域的市场潜力。这些领域的需求不断增长,尤其是在智能家居、工业自动化、汽车安全等行业中,加速度计的应用正逐步深入,推动了产品功能的多样化。

更重要的是,通过为不同行业提供定制化解决方案,我们不仅能够帮助客户提升产品性能,还能显著增强用户体验,进一步推动市场的扩展。例如,在振动监测领域,结合创新的算法和硬件优化,能够为设备预防性维护提供更高的精度;在运动检测领域,通过精确的加速度数据,可以实现更精准的健康监测和智能分析。这些创新应用,不仅能帮助客户提升竞争力,还能打开更多的市场机会,推动加速度计在新兴行业中的深度应用。

通过持续创新与解决方案定制,我们能够不断深化与客户的合作,提供更具附加值的产品和服务,在竞争激烈的市场中获得更大的份额。

iNEMO惯性模块

iNEMO惯性模块系列集成了先进的传感器技术,涵盖了惯性测量单元、配备机器学习核心(MLC)的模块以及智能传感器处理单元。这些模块为开发者提供了强大的运动感测功能,能够精确地进行方向和手势检测,远超基本的移动检测能力。iNEMO模块的设计不仅注重高效与可靠的硬件性能,还通过精确的运动追踪和环境感知,满足了多种复杂应用场景的需求。部分模块内置机器学习核心(MLC),利用基于分类的AI算法(如决策树)进行边缘计算,这一创新设计不仅提升了模块的智能化水平,也显著降低了系统的功耗。

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在2024年的客户应用中,发现了部分新兴市场,智能运动设备如智能球拍、智能台球杆等产品展现出巨大的潜力,这些产品的兴起为iNEMO系列模块开辟了新的应用空间。我们为客户准备了带有AI应用功能的DEMO板,例如智能笔和智能球拍,这些DEMO板提供了直观的测试和验证平台,帮助客户快速评估模块性能并加速开发进程。

展望2025年,我们的推广重点将转向AI应用,进一步拓展在智能体育和银发经济领域的市场布局。随着这些新兴市场的崛起,iNEMO系列模块不仅能够挖掘更多应用潜力,还将提升其在创新市场中的竞争力和影响力。通过持续推动AI与智能传感技术的结合,我们能够帮助客户实现更加智能化的产品设计,满足日益增长的市场需求。

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然而,需要注意的是,ST陀螺仪在市场中存在价格倒挂的问题,尤其是在与其他低成本方案竞争时。因此,在协助客户完成开发后,我们必须密切跟进客户的采购情况。只有确保前期技术支持和资源能够有效转化为实际订单,才能实现项目的商业价值。否则,尽管我们投入了大量的技术支持和资源,但若未能及时推动客户的实际采购,所有的努力都可能无法带来相应的商业回报。

压力传感器

微型硅压力传感器采用创新的MEMS技术,结合紧凑的设计,提供卓越的压力分辨率。通过将压力感应元件直接集成到单片硅芯片上,这种传感器克服了传统晶片粘合工艺的限制,显著提升了产品的可靠性和耐用性。ST的微型硅压力传感器产品系列涵盖了普通气压计和水压检测气压计,广泛应用于潜水手环、飞行器、泄漏检测系统、气象监测站等多种场景,满足了从日常消费品到高端工业应用的需求。

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在普通气压计领域,制作了对应低成本高精度的DEMO,该型号具有高精度和较小的功耗,适用于多种便携设备。对于需要进行水压测量的应用,LPS28DFW和ILPS28QSW是推荐的型号。这些传感器不仅具备优秀的性能,还能提供精确的水压监测,广泛应用于水下探测、海洋监测和潜水设备等领域。

然而,在推广过程中,我们也面临着一些挑战,特别是防水结构的设计复杂性、较高的成本(尤其是水压计传感器的价格通常在1美元以上)以及来自市场上其他低成本传感器的价格竞争压力。尤其是水压计产品,尽管在性能和应用场景上具有独特优势,但较高的生产成本和复杂的封装设计,可能限制了其在某些市场的快速普及。

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尽管如此,水压传感器代表了一个充满潜力的新兴市场。虽然在2024年的推广中,大多数客户仍处于测试阶段,且项目周期较长,但水压传感器的独特优势使其成为2025年推广中的重要战略方向。凭借其较高的单价和精确的测量能力,水压传感器不仅有助于推动营业额的增长,还能帮助我们开拓新的市场机会,特别是在潜水、气象监测和工业检测等高端领域。

随着市场需求的不断扩展和客户需求的日益复杂,未来我们将继续加大对水压传感器的技术创新和推广力度,特别是在为客户提供定制化解决方案方面,进一步提升产品的市场适应性。此外,针对价格竞争,我们也将通过优化生产工艺和加强供应链管理,逐步降低成本,使得水压传感器能够在更多的市场中获得竞争优势。
在未来几年,随着智能穿戴设备、工业物联网和环境监测等领域的快速发展,水压传感器将扮演着越来越重要的角色,成为推动相关行业创新发展的关键技术之一。

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红外传感器

红外部传感器(IR传感器)专注于高精度的物体与人员运动检测,通过测量视野中物体所发出的红外辐射,精准感知目标的存在与动态。这类传感器广泛应用于智能家居、安防监控、健康监测、自动化控制等多个领域,发挥着至关重要的作用。意法半导体的TMOS IR传感器解决方案凭借其卓越的精度与低功耗特性,成为运动检测领域的热门选择。TMOS传感器不仅能够准确捕捉目标物体的运动状态,还通过数字接口提供便捷的连接方式,方便与系统的集成与应用。

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目前,TMOS系列中已推出STHS34PF80型号,该型号在人员与物体检测方面具备出色的性能,适用于多种应用场景。然而,在一些复杂环境下,特别是在存在大量干扰源的环境中,该传感器可能会面临一定的稳定性挑战,如误判或漏判的风险。这主要是由于红外信号受环境因素的影响较大,传感器容易受到反射光、热源干扰等因素的影响,从而影响其准确性和稳定性。

为解决这一问题,我们在2024年中建议客户将TMOS传感器与菲涅尔透镜结合使用。菲涅尔透镜能够有效聚焦红外辐射,优化传感器的探测区域和灵敏度,显著提升检测精度。这一组合不仅增强了传感器对动态目标的响应速度,还能够在复杂环境中显著减少误判的发生,提升了整体系统的稳定性与可靠性。然而,这一方案也对客户的光学设计能力提出了一定要求,客户需要具备一定的光学知识和设计能力,以确保透镜与传感器的良好配合。

通过与两家领先的光学厂商的深入合作,我们对菲涅尔透镜与TMOS传感器的结合进行了多次测试。测试结果表明,使用透镜后,传感器在复杂环境中的稳定性显著提升,误判率大幅降低,精度也得到了进一步的加强。这一优化方案为客户提供了更为稳定和高效的运动检测解决方案,同时也降低了客户在产品开发中的风险。

环境光传感器

创新型环境光传感器(ALS)优化了封装尺寸,提供精确的环境光信息(如照度(lux)水平、色温、或光闪烁频率)。VD6283TX,一种具有高级光闪烁频率提取功能的微型全彩色传感器,也是市场上体积最小的6通道色彩传感器,可快速、准确地完成光测量。VD6283TX使用具有精确响应的混合滤色器,支持精确计算相关色温(CCT)和照度(Lux)信息,以用于显示器亮度管理或场景光校正。此外,该传感器可以提取从100 Hz到2 kHz范围内的光闪烁频率,包括LED正波信号。

该产品主要用于色温和光强检测,主要应用于照度计、室内光照检测等领域。由于开发周期较长,目前客户产品仍处于测试阶段,且最终认证需要通过计量局的审批。该产品的程序相对简单,主要的复杂性体现在验证过程中。2025年将主要围绕附带产品进行推广。

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ToF(Time of Flight)

ToF(Time of Flight,飞行时间)传感器是一款集成化系统,融合了发射器、接收器和处理器。ToF技术的核心原理基于光速,通过测量光子从发射到反射再返回的时间差,精确计算目标物体与传感器之间的距离。这一技术具有高精度、长测量距离、低功耗等优势,同时其简单易用、成本效益高以及体积小巧的特点使其在多种应用场景中具有巨大的市场潜力。

ST的ToF传感器可广泛应用于单点和多区域的距离测量,尤其在精准的物体定位、智能设备自动化和环境感知等领域具有独特的优势。

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在2024年的推广计划中,我将继续聚焦这三款ToF传感器产品,其中VL53L4和VL53L8预计将成为主要的推广方向。VL53L1主要在投影仪梯形校正、停车场车辆检测等场景。尽管客户需求集中在细分领域,但为了确保这些领域的成功应用,仍需要依赖FAE(现场应用工程师)团队提供的深度技术支持。在与客户的合作过程中,FAE不仅帮助客户快速解决技术难题,还能为客户量身定制应用方案,提升产品的附加值。

2025年,ToF传感器仍将作为主力产品继续推进,尤其是随着工业自动化、智能交通、智能家居等市场需求的日益增长,VL53L4和VL53L8的市场潜力依旧巨大。此外,随着技术的不断迭代,VL53L9的推出将成为我们战略布局的一部分。VL53L9将进一步提升产品的性能,满足更高精度、更远距离和更多应用场景的需求。

然而,面对不同市场和客户的需求,产品定价策略仍然是关键。对于工业客户来说,稳定性和长期的成本效益远比单纯的价格优势更为重要,因此我们将继续控制成本,通过优化供应链和规模化生产来确保价格的竞争力,并通过产品差异化来满足高端市场的需求。

总的来说,ToF传感器将继续在2025年发挥重要作用,并且随着技术不断提升,我们将不断拓展应用领域、加强与客户的合作,以实现技术创新和市场突破。我们相信,随着产品性能的提升和市场需求的拓展,ST的ToF传感器将在未来的智能应用和工业自动化领域中占据更加重要的地位。

MCU+传感+AI

新一代MEMS传感器在集成AI功能后,为智能化应用带来了更多可能。这些传感器能够自主完成一些基本的状态感知和数据处理任务,并在较低功耗的情况下实现高效运行。然而,在面对更复杂的应用场景时,现有的MEMS内置MCU的计算能力仍显不足,尤其是在高阶识别任务中,表现可能不如预期。这种局限性使得单独依靠MEMS传感器进行高复杂度应用的实现面临一定挑战。

为了克服这一限制,在2024年年底推出了MCU与MEMS的AI+组合方案。这一方案将高性能MCU与内置AI功能的MEMS传感器相结合,充分发挥两者的优势。通过将MEMS传感器用于前端数据采集和初步处理,MCU负责更复杂的计算和逻辑分析,客户能够更高效地利用ST的全线产品生态。这种整合方案不仅显著增强了产品的性能,还提供了强大的计算能力,能够支持更复杂的应用场景,例如多模式运动识别、复杂行为监测以及动态环境感知。

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此外,面对高端客户的特殊需求,这一方案还专注于提供高稳定性和高可靠性的配套算法。对于这些客户来说,产品的稳定性和算法的精准性直接决定了其在实际应用中的成败。例如,在智能体育应用中,客户期望能够精确区分跑步、跳跃、平衡等多种运动模式;而在银发经济领域,则需要对跌倒、步态异常等关键健康事件进行实时检测和识别。为了满足这些需求,AI+组合方案提供了灵活的算法定制选项,帮助客户在不同行业和场景中快速部署高精度的解决方案。

在市场应用方面,这一方案重点布局在智能体育和银发经济领域,致力于提供针对性强、功能完善的技术支持。例如,在智能体育市场,AI+组合方案可以应用于智能球拍、健身设备以及可穿戴运动追踪设备,通过高精度的运动识别和实时反馈,为用户提供更加科学和智能的运动指导。在银发经济领域,该方案可以助力开发智能健康监测设备,如跌倒报警系统、步态分析器以及智能拐杖,为老年人的安全和健康提供全方位的保障。

未来,还将继续完善这一组合方案,通过提升MCU算力和优化MEMS传感器的AI功能,进一步拓宽产品的应用边界。同时,公司将加强与客户的合作,提供从硬件到软件的全栈式技术支持,确保客户在不同场景下能够快速部署并实现产品落地。这种跨领域的整合创新不仅有助于拓展高端市场,还能够在快速发展的智能化领域中占据更多的市场份额。

总的来说,MCU与MEMS的AI+组合方案代表了智能传感技术的发展方向。它不仅解决了单一传感器在复杂场景中的算力瓶颈,还为客户提供了更强的灵活性和可靠性。在智能体育和银发经济等新兴市场中,这一方案正通过技术创新为行业带来新的活力,并为客户创造更多价值。

2024年度技术总结

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