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「香港飛龍」標誌

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在蘋果於2019年發佈了集成U1的iPhone 11之後，面世已經數十年的UWB（Ultra-wideband）芯片一夜爆紅。翻看其發展歷史，UWB技術最早可以追溯到1887年。當時，Heinrich Hertz通過製造火花並通過寬帶加載偶極子（loaded dipoles）發射出第一個UWB信號。隨後的幾十年裏，UWB發展幾經浮沉。直到1989年，美國國防部創造了“超寬帶”（Ultra-Wideband：UWB）一詞，UWB進入了發展新階段，但其應用場景，依然離消費者很遠。但如文章開頭所說，在iPhone 11之後，UWB終於在消費市場找到了一席之地。除了蘋果以外，三星、谷歌、摩托羅拉、聯想、華爲等也都紛紛擁抱UWB。但我們必須承認，無論是在防丟器、汽車鑰匙，還是在資產追蹤、室內導航、AP定位等應用中，UWB過去幾年的發展，並不盡如人意。UWB，不如預期作爲一種基於IEEE 802.15.4a和802.15.4z標準的無線電技術，UWB可以更精確地測量無線電信號的飛行時間，從而實現釐米級精度的距離/位置測量。作爲引起新一輪熱潮的應用，智能手機和類似AirTags之類的產品無疑是UWB首先發力的市場。與此同時，開發者還在迅速崛起的智能車市場和工業、醫療市場中爲UWB尋找一席之地。誠然，UWB有不少先天優勢。以UWB另一箇主要應用方向——汽車准入方案應用爲例，作爲進入汽車的重要入口，歷經多年發展的汽車行業大多采用了BLE和NFC作爲汽車准入的無線方案，但因其天生特性，這些無線技術在汽車進入系統應用中面臨被黑客攔截信息，並丟失解鎖密碼的風險。於是，擁有抗干擾能力強、定位精度高等特性的UWB，成爲了汽車被動進入系統的新選擇。“UWB是一種短距離高頻無線技術，擅長確定精確的位置和距離。由於其精準度，UWB技術能夠抵禦常見的攻擊，尤其是中繼攻擊，這種攻擊會誘使車輛誤以爲鑰匙就在附近。但UWB通過使用雙向測距和時間戳驗證來解決這個問題，以確保設備（通常是智能手機或鑰匙扣）確實位於車輛附近。”負責推廣並維護UWB技術的Fira聯盟在博客文章中解析道。“UWB應用於能爲現代車輛帶來四點好處，分別是安全性、便利、功能和可靠性。”Fira聯盟總結說。不過，擁有很多優勢的UWB在過去幾年的發展中，進展緩慢，在某種程度上可能與此前的UWB方案特性有關。據瞭解，早期的UWB解決方案採用的是Transceiver分立架構設計。具體而言，就是芯片僅提供無線射頻模塊，開發者需要額外配置主控芯片（MCU），並自行編寫底層驅動程序來實現完整的功能。對於擁有強大研發能力和豐富資源的頭部企業來說，這種分立的模式能夠提供極大的靈活性和性能優化空間，因爲開發者可以通過深度定製MCU來達到最佳的系統性能。然而，對於大多數汽車製造商和其他中小型企業而言，這樣的開發模式帶來了顯著的挑戰：首先，第三方MCU的兼容性問題常常導致開發週期延長；其次，由於需要處理複雜的硬件集成和軟件調試工作，系統的功耗管理和成本控制變得異常困難，導致最終產品的能耗較高且成本居高不下。此外，值得一提的是，過去的UWB方案很多都是非車規的產品，這可能會引致某些謹慎客戶將其拒絕在潛力巨大的汽車市場大門之外。正是因爲上述問題，UWB技術在過去幾年裏並沒有在廣泛市場中獲得想象中的普及與應用。但到了今天，市場似乎產生了新的變化。走向集成，迎來拐點毋庸置疑，UWB能獲得進步，包括芯片廠商、方案商、Fira聯盟和CCC聯盟在內的企業和組織的投入都有目共睹。過去多年裏，這些參與者也都在思考如何將UWB更好地應用於工業、汽車和醫療等應用。尤其是芯片廠商，在推動UWB普及方面功不可沒。例如針對分立方案的問題，包括NXP、三星電子和Qorvo在內的芯片廠商都發布了UWB SoC方案。以Qorvo爲例，在今年一季度，他們就帶來了旗下的UWB SoC QM35825和QPF5100Q。首先看QM35825——Qorvo的首款UWB SoC。如圖所示，該芯片採用了“All-in-One”設計，在其中集成了包括四個靈活的射頻端口、低噪聲放大器 (LNA)、功率放大器 (PA) 和射頻開關、安全功能、通信外設以及帶有安全區域的 Arm Cortex-M33 MCU等部件，這大大降低了UWB的設計門檻，加速了產品的上市進程。得益於這些領先配置，這顆低功耗UWB SoC能提供片上計算功能，用於測距、AoA、雷達和數據傳輸功能。值得一提的是，該方案在支持FiRa、Omlox和Aliro測距方案的同時，還能將精度做到±5cm，到達角（AoA）精度更是高達±2。這些優勢讓其在工業和消費級市場找到更多的應用空間。例如在智能家居方面，UWB能被應用到訪問控制、位置感知和存在感測等領域；在智能工業領域，UWB則能推向貴重資產追蹤、工廠倉庫的物流追蹤、工位人員離開解鎖/上鎖電腦、兩輪車/汽車的接近檢測等應用；甚至在對可靠性有高規格要求的醫療市場，UWB也能找到生存空間。針對這些市場，Qorvo的QM35825能通過提供微定位精度和可靠測距助力開發者騰飛。如上所述，QM35825有着出色的處理能力和RF性能，使其能在執行一些輕量的AI和ML處理的同時，提高雷達探測精度和穩定性；值得一提的是，這款解決方案還提供了易於訪問的API，確保了其與現有生態系統的順暢集成，加速UWB創新應用的部署。爲了將UWB推向更多市場，Qorvo還推出了符合車規認證的車規級UWB SoC——QPF5100Q。據瞭解，這款產品通過了AEC-Q100 Grade 2車規認證，能夠在-40℃至+105℃的極端溫度範圍內穩定運行，使得其擁有足夠的底氣敲開汽車廠商的大門。和QM35825不一樣，Qorvo針對汽車應用的需求，對其做了很多獨特的設計。例如，配置了更大容量的Flash memory供客戶開發/移植車用軟件。QPF5100Q還展現出了行業領先的射頻性能，支持UWB脈衝雷達，其數據速率覆蓋850kbps至62.4Mbps的廣泛區間，滿足複雜應用需求，豐富車內互聯體驗。對於包括QM35825和QPF5100Q在內的UWB SoC來說，有一箇值得強調的亮點，那就是其不僅符合了中國最新的UWB頻譜規範，也能適應歐美市場的標準，用“一芯全球化部署”的設計，增加了這顆芯片的客戶友好度。這意味着開發者能輕易打造一款面向全球的產品，而不需要針對不同地方不同頻段做更多做重複設計。除了上述硬件性能外，Qorvo還在爲上述兩顆UWB SoC帶來可配置軟件，使得設計師能夠定製獨特的功能，從而提升產品性能併爲最終用戶的應用帶來差異化優勢。展望未來，大有可爲在芯片走向集成的同時，產業鏈還在當前的應用場景下，探索UWB未來的更多可能。和BLE等無線連接技術相比，UWB無論在定位精度（距離）、延遲、可靠性還是安全性方面都佔優。更重要的是，這個技術除了測距，還能夠判斷方向。於是，類似門禁和智能門鎖等市場，就成爲了UWB的發力方向。在今年三月，Qorvo就與Nordic聯手，基於Qorvo的QM35825超寬帶（UWB）SoC和Nordic的nRF54L系列，面向連接標準聯盟（CSA）的 Aliro和Matter協議推出一款參考應用。據瞭解，該解決方案，將助力開發人員輕鬆、快速上手Aliro和Matter門禁控制項目，並讓所有製造商都能掌握智能鎖設計技術。除了前文談到的工業和消費場景外。現在火熱的汽車市場，也讓UWB有了一展拳腳的空間。行業參與者也正在將其推向更多應用領域。如作爲後排乘客警報系統的一部分，就是其應用方向之一。早在2022年，Euro NCAP（European New Car Assessment Programme：歐洲新車安全評鑑協會）就引入了兒童存在檢測的評分標準。根據其規定，新車強制要求加入兒童存在檢測（CPD：Child Presence Detection），以檢測車內是否有嬰兒被遺留，從而幫助預防悲劇事故的發生。而能夠監測細微的呼吸和心率變化的UWB 雷達，正是這個應用的首要選擇。和傳統的攝像頭檢測方案不一樣，UWB雷達在兼顧安全性和功能性的同時，還保護了乘客的隱私。同時，UWB 雷達工作頻率還相對較低，因此能夠有效穿透車內各種固體物質，包括隔板、汽車座椅，甚至嬰兒毯以及後排座椅以外的區域，甚至延伸至載貨空間，爲監測提供了更多地保障。此外，因爲該技術還利用了多普勒效應計算速度，能夠精確探測到非常細微的動作，包括嬰兒的呼吸，這就使得其在車載監控方面的優勢也顯而易見。UWB雷達還有很多其他用途。例如，運動檢測使其適合用於更精確、更經濟的安全系統，而無需集成額外的傳感器。由於其能夠檢測生命體徵，UWB雷達還可以消除行李放置在座椅上時產生的錯誤安全帶警報；而使用UWB的手勢識別功能，則可以在控制方面爲汽車帶來更多的賦能。針對這些需求，Qorvo和合作伙伴共同推動QPF5100Q經過了NCAP的認證。“基於穩健的產品路線圖，Qorvo的汽車UWB解決方案具備可擴展的系統架構和持續的技術進步，能夠確保適應不斷演變的行業標準和新興應用。”Qorvo重申。在Qorvo等廠商的推動下，UWB正在加速普及。展望未來，我們希望能看到這個存在已久的技術給我們帶來新驚喜。半導體精品公衆號推薦專注半導體領域更多原創內容關注全球半導體產業動向與趨勢*免責聲明：本文由作者原創。文章內容系作者個人觀點，半導體行業觀察轉載僅爲了傳達一種不同的觀點，不代表半導體行業觀察對該觀點贊同或支持，如果有任何異議，歡迎聯繫半導體行業觀察。今天是《半導體行業觀察》爲您分享的第4055期內容，歡迎關注。『半導體第一垂直媒體』實時專業原創深度公衆號ID：icbank喜歡我們的內容就點“在看”分享給小夥伴哦

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