SoC和传感器模块为物联网设计通捷径

物联网时代到2020年，将会有750亿个产品挂到网络上。那么，我们怎样在未来的5到10年寻找商机，推出合适的产品？对于这个话题，合泰半导体（Holtek）日前在深圳举办的2015新产品发布会上发布的很多产品就是围绕物联网这个概念展开的。 在发布会上，合泰半导体业务总经理蔡荣宗介绍道，物联网半导体的产值在2014年大概是39亿美元，到2018年预计会达到115亿美元。2014年，智慧城市相关的物联网占53%；到2018年，这一占比会下降到37%，但是仍会继续成长。物联网其他比较大的部分包括工业、可穿戴、移动物联网和智慧家庭等部分。

图1：合泰半导体业务总经理蔡荣宗
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图2：合泰发布会现场展示了很多面向物联网的新方案
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体脂测量专用SoC大幅减低设计方案复杂度 首先介绍的是智能手环。蔡总谈道，现在很多人都有手环产品。小米手环目前全球销售占第二位。合泰现在采购了蓝牙IP，今后可以用在可穿戴设备上。该公司现在在与客户交流手环等可穿戴产品的规格。“之所以介绍小米手环，是因为小米也是我们客户。”他表示。 合泰的一家客户采用该公司BS83A02A-4 MCU设计了一款智能手环。该芯片待机电流为3μA@3V，封装为SOT23-6。它包含两个触控按键，因此可以用于手环的触摸按键和当滑条来使用。“右边的演示板显示，虽然它只有两个触摸按键，但是可以当滑条使用。”蔡总说。该客户设计的手环除了监测睡眠和健康状况外，还结合了公交车付费系统，是相对比较高端的产品。

图3：基于BS83A02A-4 MCU设计了一款智能手环
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另外一个介绍的产品是小米体重秤。蔡总介绍说，虽然小米体重秤称重的MCU不是合泰的，但是其显示部分——包括161个高亮度LED，采用的是合泰HT1632C驱动芯片。这个产品，合泰今年出货了2KK给小米，数量还在成长。小米的下一代体脂秤（可测量体脂和体重）采用的是合泰HT45F77方案。它和小米手环是共用的同一个APP——该APP可以把手环的计步睡眠和体重变化记录下来和分享。

图4：小米体重秤
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然后是体脂秤。有品（PICOOC）的体脂秤采用的是HT45F75方案，该方案今年出货是300K。它同样可以搭配智能手机来做个人数据的测量、计算和分析。“现在这款产品售价为99元人民币，利润不高，但该公司着重的是将来连接到云，做大数据分析。现在有很多公司都有做体脂秤的意向，明年估计将会有很大成长。”蔡总表示。

图5：有品体脂秤采用HT45F75方案设计
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fitbit的手环在全球排名第一，它同样在推体脂秤。该体脂秤用的不是蓝牙，而是WiFi方案。该产品经拆解后发现，其液晶部分采用的是HT16C23，该芯片今年出货量为500K。“它采用的方案比HT45F77复杂很多，没有用于体重、体脂测量的专用芯片，而采用合泰的SoC则可以用一颗芯片来替换多颗（图）。”蔡总说。

图6：fitbit智能体脂秤
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图7：fitbit的体脂秤若采用合泰SoC解决方案设计会简单得多
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HT45F77 Flash MCU是一款高集成度的体脂、体重解决方案。它集成了LCD驱动、模拟开关、正弦波生成器、20位Σ-Δ ADC、EEPROM、I2C接口等功能。再结合WiFi或蓝牙连接方案，就可以构成一台完整的体脂秤产品（图8）。

图8：体脂秤产品设计方框图
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体脂检测原理是有一个参考电阻，通过人体导电产生正弦波，一只脚进一只脚出，对照参考电阻计算出人体阻抗，再经放大调理和算法计算，就可以检测出人体的体脂率并显示出来。这个方案已经非常成熟。

图9：体脂检测原理
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HT45F75和HT45F77的差别如图所示。HT45F75的程序存储器为4K×16，I/O数为27个，内置LED驱动，封装为48LQFP。HT45F75的程序存储器为8K×16，I/O数为36个，内置36×4 LCD驱动，封装为80/64 LQFP。

图10：HT45F75和HT45F77规格差异
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【分页导航】 《电子技术设计》网站版权所有，谢绝转载 {pagination} IoT设备需要具备哪些关键功能？ 蔡总认为，IoT设备需要具备以下功能。IoT设备首先需要检测数据，然后对其进行处理。“我们环境中的各种原始数据都是模拟信号，需要对其进行检测，包括压力、温度、湿度、烟雾、心跳、体脂等等，都需要有传感器来检测。传感器采集的信号需要有一套算法来做处理。很多传感器都是非线性器件，需要做线性化，而且传感器在生产过程中可能有生产批次的漂移，需要有MCU去做归零、校正和标定，提高生产良率，并用算法去做数据处理。”

图11：IoT设备需要具备数据传感、数据处理、数据传输和数据存储等四个功能
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在做数据处理时，单片机需要具备哪些功能？第一，低功耗，第二，内置模拟转数字处理，包括放大、比较和模数转换，另外还要有内存去放算法。将模拟信号转换成数字信号后，还要进一步去作传输动作。另外，数据处理时可能还包含数据加密。传输大家最常见的是WiFi，然后是蓝牙和以太网等。传输完成后，还需要上传到云端去作存储。然后，后台云端还会对数据做分析，变成大数据库。这些设备很多都会跟手机挂钩，手机也会有APP去和它们做连接，并提供一个人机界面。 图12是大数据驱动市场的预测，其中蓝色的MCD部分包括手机和平板。从2015年到2018年，这一部分市场是趋缓、接近饱和的。灰色的IoT部分在这几年的成长将是非常高的——从2014年到2018年，每年的年复合成长率都是100%。而这一部分正是合泰所看重的市场，包括可穿戴、智能家居中的烟感、CO感测、温湿度的感测、安防等等。“连到因特网的设备的数量才是最可观的。”蔡总说。

图12：IoT从2014年到2018年每年复合年增长率都为100%
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他表示，日本大和资本市场公司（Daiwa）针对物联网列出了它要投资标定的公司，其中在数据处理、接入和安防部分，合泰也是投资标定的对象。在云端（存储）部分，合泰暂时没有计划去部署。但是在数据传输部分，合泰目前在计划做蓝牙、WiFi连接的产品，明年会推出蓝牙4.0的模块方案和WiFi的方案。

图13：日本大和资本市场公司（Daiwa）针对物联网要投资标定的公司
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【分页导航】 《电子技术设计》网站版权所有，谢绝转载 {pagination} 多款数据传感和处理Design Win案例告诉你怎样简化物联网设计 在数据传感和处理方面，蔡总分享了很多design win的案例。 首先是指纹辨识采集模块。合泰以前推出的是光学式采集模块，厚度是6.5mm；今年推出的光电混合式采集模块，厚度只有1mm。因此，如果大家在设计带指纹识别的产品时有遇到厚度的问题，这款新的产品可以轻松解决厚度问题。这款产品对于干湿手指都可以识别，因为它的分辨率提高了，从500dpi提升到1000dpi，可以看到指纹的汗孔。另外，它还可以做到防伪侦测。因为它是远红外光射向皮肤后反射回来，可以侦测到血液流动的速率，因此可以测量心跳，可以知道识别对象是真指纹还是假指纹。

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图14：合泰在数据传感和处理方面的design win案例
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由于具有上述特性，该模块目前非常的抢手，已经有算法商希望把整个手机市场给包下来，但是目前还在洽谈之中。这在手机和平板当中都可以应用。该模块属于物联网的应用，是传感器和Cortex M3 MCU——HT32F2755的结合。 在会后，在问及传感器是哪家公司的产品时，蔡总向笔者透露说，这家传感器公司其实是合泰投资的一家公司。另外，当我拿起华为Mate 7手机上的指纹识别模块问他，为何有时要两三次才能识别出时，他解释说，这是因为这个指纹识别模块是电容式的，而光电式的识别率会更高。 然后是PIR传感器模块和温湿度传感器模块。“合泰不是要销售单纯的芯片，而是模块。这些是和传感器厂商合作的产品，把传感器的模拟信号做数字处理，然后通过I2C或SPI接口输出，然后是做到低功耗，让外围的设计非常简洁。”如果客户需要大范围的PIR侦测，不需要这个模块的话，也可以选用合泰HT45F0027 MCU进行搭配。 温湿度传感器模块的MCU没有列出，因为该MCU不作单独销售。该温湿度传感器模块是电阻式的。因为电容式的温湿度传感器售价高、寿命长、精度高、生产复杂、成本比较高，目前合泰没有推出专用MCU。但是前不久，合泰和一家韩国厂商刚签完约，准备配合该公司电容式传感器设计MCU以及模块。“如果有传感器厂商想要开发模块，也可以找合泰来共同开发。”蔡总表示。 PM2.5传感器模块是一家韩国厂商提出的需求。用HT45F22A MCU做PM2.5侦测可以节省更多成本。倒车传感器模块则是采用HT45F39设计。另外的一些design win方案还有BLDC电机模块、烟雾探测器、血压计、血糖仪、游戏鼠标、RGB游戏键盘和读卡器等。 合泰MCU目前在工业MCU供应商中排名第15位，在消费类MCU中排名第7位，在8位MCU中排名第12位（截至2014年）。该公司在全球20大MCU厂商中的排名是第12位。2014年，合泰总共销售4.6亿颗MCU，今年预计将突破5亿颗，其中大部分是8位MCU。Flash MCU今年出货量将超过1.5亿颗，触控MCU将达到6000万颗。触控MCU的一个新的应用是水位侦测，很多客户都对此很感兴趣。

图15：全球前20大8位MCU厂商
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合泰MCU最主要的应用将依然是在家电，尤其是在小家电方面。其他则依次是工业控制、医疗健康、PC外设和安防等等。

图16：合泰MCU 2015年第一季度应用领域分布
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