2007:工控市场热门涌现,医疗电子酝酿变革

上网时间: 2007年01月01日? 作者:王彦? 我来评论 【字号: ? ?小】

关键字:工控? 医疗电子? LED?

在中国集成电路市场中,工业控制类排在PC类和消费电子类以及网络通信类产品之后,市场规模位居第四。尽管同前几个应用相比,工控类在整个IC市场中只是占据较小的一部分,但数据显示,2006年上半年工控类IC国内销售额达到365.75亿元,较上年同期增长27.3%,继续保持快速平稳的发展势头。MCU和功率器件是其中的主要需求。此外,在医疗电子领域,大型医疗电子设备的需求正在不断上升,而借助于有线和无线网络以及新的移动处理器技术,新的移动终端设备已经在医院开始得到应用。不得不提的还包括消费类医疗电子的逐步升温。事实上,有望真正推动医疗电子市场突飞猛进的正是该类产品。

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今后数年,工业应用多MCU的需求年均增长都将超过100万片以上。

当半导体工业跟随时间的脚步踏入新的2007年时,本文试图通过对领先供应商的采访对上述两个领域做一个简单的回顾和展望。需要强调的是,限于篇幅,我们仅仅罗列了其中一部分的内容。其他未涉及到的领域也将会在来年得到蓬勃发展。比如无线自动化、传感和测试测量技术等等。此外,由于应用看涨,一些传统器件也会在2007迎来市场新机遇,比如光耦合器。由于市场特别是出口市场采用光耦合器的工业变频器、缝纫机以及绣花机等需求都正在迅速上升,安华高科技中国及香港区总经理李艇指出:“由于该市场目前的利润好,门槛低,预计2007年会有大批跟风者进入,市场对光耦合器的需求可能出现井喷。”

应对处理速度提高需求,硬件方案进入传动领域

在传动领域,电机驱动IC是其中的核心器件。传统电机控制都是利用MCU或者DSP来进行。但是在过去的一年里,在PC和消费类电子中普遍采用的硬件方案首次被IR公司引入到传动控制领域来。在已经推出的IRMCF311/312以及IRMCF341中,IR利用硬件电路实现的运动控制引擎(MCE)成为一大亮点。该公司节能产品业务部数字控制IC及运动功率模块设计中心执行总监Toshio Takahashi表示,2007年采用IRMCF341的洗衣机将会上市。由于这种方案大大缩短了开发周期和降低了系统成本,对空调、洗衣机以及电冰箱厂家来说无疑是一大利好。

采用硬件电路是为了应对电机传动控制中控制器处理速度不断提高的需要。一个有目共睹的趋势是,近年来需要进行电机调速的应用日益增多,过去在这种场合人们习惯于采用交流感应电机,由于感应电机调速采用的是开环控制方案,因此普通的8位或16位MCU即可实现。

随着永磁电机的普及,BLDC(采用方波控制)和永磁同步电机(采用正弦波控制)的应用开始抬头。专家指出,交流感应电机将会逐步被永磁电机代替。但是BLDC的调速需要位置反馈进行闭环控制,需要多出三条位置传感器线路,相对来说,对控制器的处理速度要求要比感应电机稍高一些。不过,BLDC调速中并没有电流反馈,尚不能实现力矩控制。为了降低成本和提高系统性能,采用正弦波无位置传感器控制的永磁同步电机成为下一个被推荐的方案。由于同时拥有转距和速度双闭环控制,这种方案对控制器的处理速度提出了更高的要求。尽管瑞萨和NEC也在开发速度快、位数高的MCU,但与这些厂商不同的是,IR将电机控制算法采用硬件电路来实现,从而提高了处理速度。

永磁电机在传动领域中的应用比例正在不断上升。家电中已经出现从感应电机向永磁电机转变的趋势,200W~3kW范围将是这类电机的主要应用场合。随着系统成本的不断降低,有理由相信,对上述高性能IC的需求将会不断增加。此外,工业领域中某些要求精度特别高的应用(比如使用编码器来进行反馈)同样需要使用永磁电机。

X86架构光荣退休,工业系统供应商面临新选择

没错,296针的奔腾100/133/166以及奔腾MMX 200/233仍然还在出货。但这些老家伙并不是被使用在个人PC中,而是那些对稳定性要求大过性能要求的工控场合。不过,对于这些PC Base的工控产品系统厂商来说,2007年将是一个考验。英特尔公司已经宣布,自2007年3月起不再接受大约700多种型号的采用x86架构的处理器。其中包括仍然在工业产品设计领域频繁使用的80186、286、386和486处理器等。

在航天、军事和工业领域,对芯片的可靠性及功耗要求很严格,此外,工业芯片及军品的测试封装也极为严格。这是上述芯片一直保持订货的主要原因。但是今后,除了采用旧芯片,想使用上述芯片的工控厂商也许只能将目光专转向替代方案了。比X86架构成本更低,已经在民用产品中占据统治地位的ARM架构将会吞下这个市场吗?很显然,目前很多人还处于观望阶段。反对的声音认为,ARM架构的显示、音频、VGA、以太网MAC等功能在工控常规平台上似乎有些多余,此外,在EMC方面,ARM架构还无法胜任。“一般2kV的快速脉冲还可以满足,但再往上走就无法达到要求了。”有声音指出。

上述意见也不尽然。比如在日渐升温的安防领域,基于ARM芯片的方案已经出现数年。另外,许多IC公司早已开始有针对性开发面向工业和医疗电子市场的ARM架构芯片。以Atmel公司为例,2006年该公司针对上述两个市场的大多数设计都涉及到基于ARM926EJ-S的SAM9260、或基于ARM7TDMI的获奖产品SAM7X系列。“事实上,我们在开发和打造这两种产品时,处处以工业控制和医疗电子应用的需求为大前提,所以它们特别适合于这类应用。”该公司ARM微控制器产品技术营销经理Pierre Roux表示。

Roux所提的这两种产品都具有针对实时应用的构架和大量外部接口,能够与大多数现有的网络标准连接。基于ARM7TDMI的SAM7X构架不但能够执行常规的系统控制功能或数据处理,而且还可以进行高效率的数据传送,故即使在高速率下也能同时被用作网关和控制器。基于ARM926EJ-S 核的 SAM9260 则面向需要提升性能的应用,例如执行系统控制和连接的主处理器。SAM9260是在引脚兼容的 ARM9 微控制器系列中,首个编程模式与ARM7控制器相同的型号,因此可以在应用系统上直接替换采用了不同ARM核的控制器。此外,该产品支持确定过程式(deterministic)实时操作,提供总管功能,并拥有与 8位MCU相当的第三方支持。

32位MCU扩大疆域,基于ROM的MCU逐渐淡出

在工业MCU市场,联网技术正在日益深入人心。工业设备控制领域曾是8位和16位MCU的天下,但由于今天人们需要在工业设备中实现联网操作和共享数据,在多功能的联网智能设备中,高性能32位的SoC开始受到欢迎。

“业界一直预期应用系统将从8位MCU升级至32位,我们认为这种情况在2006年已开始出现了。”Atmel公司的Pierre Roux表示,“2007年,8位产品仍可能占整个MCU市场的可观份额,但是由于32位MCU在功能及价格上的优势,加上业界向16位和32位MCU升级的发展趋势,已经使8位器件在2006年的市场占有率减少。在未来,32位产品将在MCU领域占据最大的市场份额。”

不过,32位MCU的普及依然要仰赖于制造工艺和MCU供应商的技术支持和继续努力。事实上,现有的先进制造工艺(0.18μm以下)和复杂度大减的32位RISC处理器,已经使32位MCU的成本降低到完全可与8位产品一争高下。但是要提高市场对低成本32位MCU的接受程度,必须能对现有固件的移植提供支持。同时,还需要加快设计人员的学习进程,并简化专为C语言而优化的器件编程模型,以及在现有8位开发工具的基础上提供功能强大的32位微控制器调试工具。

2007年,业界需要更高性能的实时嵌入式应用,更多的产品以及进一步扩大的产品组合将是MUC供应商提高竞争力的不二法门。比如Atmel公司即将推出基于闪存的SAM9XE系列就将是在不影响集成度的前提下,为系统提供一条从ARM7器件直接上行升级的通道。

2007年MCU市场另外一个主要的变化将是——基于ROM的MCU将逐渐淡出市场。因为闪存嵌入技术正快速地缩小其在成本与性能上与ROM产品的差距。此外,闪存技术还在软件开发方面有更大的灵活性,可让系统设计人员更快地抢占市场先机。

“事实上,在产品设计的过程中,缩短开发周期是该产品能否成功打进市场的一个关键因素。由于闪存可以重写,因此制造商直到发货前都仍然可以对器件编程。这样,他们就可以在最后一分钟修改或更改系统内编程,而无需延长交货期。”Roux说。此外,他还指出:“尽管闪存比掩模ROM贵约20%,但其故障芯片较少,故可在后端工序节省成本。”

LED行业面临巨大市场机遇

在去年底举行的第十二届中国国际电源博览会上,SSL同样成为热门话题之一。安森美半导体亚太区电源管理产品经理蒋家亮在会上表示,2007年LED照明市场将会有一个可观的增长。

在过去的30年历史中,LED发光强度提高了近8,000倍,发光效率提高了250倍以上,功率也增加了百倍以上。此外,1996年LED家族中最后问世的白光则成为该领域的一个重要突破。这些都为开发各种功能的LED照明产品创造了极好的条件。随着2008年北京奥运会和2010年上海世博会的临近,巨大的景观照明和场馆照明需求都对照明和节能提出了要求,LED照明面临着巨大的发展机遇。

LED作为照明源而被大力推广的原因自然是其所拥有的低功耗、长寿命以及免维护的特点。此外,它所产生的环境效益也相当显著。“2005年全球排放的二氧化碳中有1,900兆吨是照明所产生的(相当于70%的轻型轿车排放量)。”蒋家亮表示,“基于LED的新型照明技术具有巨大的潜力,可以创造新颖和令人心动的产品,并降低照明对全球能源的影响。”

不过,LED照明在推广方面面临的最大障碍仍然是成本问题。蒋家亮表示,尽管老技术的LED价格低廉,但是由于光电转换效率不高,要达到照明所需要的亮度时可能需要一组LED,这使得功耗增大。但如果选用新技术的LED,价钱又是问题。在达到大规模普及的高性价比LED出现之前,这将会是LED照明普及的一对主要矛盾。

安华高科技中国及香港区总经理李艇对此表示认同。他指出:“LED照明虽然已炒作多年了,仍没有大面积地展开,但这个市场正在逐步启动。国家提出的‘节约型社会’十一五目标将是LED照明的一个重要推动因素。一个新的应用启动需要4~5年时间,目前该应用最大的阻碍还是价格问题。”

相比之下,李艇对LED在广告显示屏方面的应用表示乐观。“受2008年奥运会的推动,2007年我们可能会看见在成千上万的大型广告显示屏在商场路边竖起,这些彩色显示屏将对LED发光芯片、控制芯片产生巨大的需求。”他说。

新兴技术推动医疗电子酝酿新变革

全球医疗市场规模高达4万亿美元,但在采用信息技术方面,该行业要比其他行业晚了至少10年左右。二十年后,全球60岁以上的老年人将高达12亿左右,改变传统医疗方式与地点的时机正在来临。借助快速处理器技术、因特网以及无线网络技术的进步,医疗电子正在逐步一场新的变革。

英特尔公司数字医疗事业部全球医疗战略合作总监Mark Blatt在2006年上海举行的秋季技术峰会(IDF)上表示,医疗护理行业存在着成本、医疗服务质量、医疗服务的获取三个基本问题。而随着人口老龄化的加剧,拥有全球最多老龄人口的中国在这方面所面临的困难正在日益加剧。

旨在提升患者安全,减轻医护人员工作强度,英特尔公司最近设计了一个专为从事第一线患者监护的护士和医师们服务的移动临床辅助平台。其中囊括了一系列先进的特性和技术。包括用于快速识别用户和患者的RFID技术、帮助减少配药错误的条形码扫描技术、方便患者登记和病历查询的数码相机,用以记录患者生命信号的蓝牙技术,支持手写输入。当平台接入基座的时候可允许更换电池,保证系统不中断,同时还可通过无线技术连接到电子医疗记录系统。

该平台已经在位于欧美和亚洲的一些医院中试商用,研究人员希望通过使用反馈来对其进行进一步的改进。据称,平板电脑生产商Motion Computing将会在2007年上半年推出基于该平台的第一代产品。另外,除了面向医护人员之外,英特尔还推出了一款帮助老年人和慢?病患者自我护理的个人健康平台。

可预见的巨大市场潜力吸引的不仅仅是英特尔公司这样的行业巨人。老牌MCU供应商Microchip公司也在2006年成立了医疗产品部,以专门满足电子医疗设备市场的特殊需求。配合该部门的成立,该公司还开设了一个基于Web的医疗设计中心。

对于医疗设备来说,互联性正在变得日益重要。LAN被用来连接手术室设备、诊疗室设备中的控制器网络连接子系统、与外部监视器和编程人员之间的通讯以及消费电子设备同数据采集终端之间的对话等。Microchip医疗产品部经理Steve Kennelly指出:“USB、以太网、CAN和ZigBee等通讯协议使得医疗电子的设计人员能够为他们开发的产品增加更多的通讯功能。”

“医疗体系方面正在出现一个新的动向,人们希望将血压计、血糖仪、体温计等电子设备测量到的数据通过USB传到电脑系统中甚至是通过网络从家中直接传递到医院。”台湾盛群半导体总经理高国栋进一步指出。

确实如此,Kennelly指出,医疗市场的一个主要驱动力是医疗设备试图向家用市场扩张。“事实上,这是医疗设备中增长最为迅速的部分。”Kennelly表示,“它意味着消费者在个人保健方面将扮演更加主动的角色,并使远程诊疗在家庭中普及。而迅速的增长则正在创造机遇来开发新的设备,同时降低已有设备的成本并改善其性能。”

2007年在医疗电子行业另外一个值得注意的现象是,除了ASIC之外,医疗设备的设计人员正在使用更多的标准器件。“标准的模拟器件和MCU也正在被日益纳入设计方案中去。”Kennelly认为,这是为了削减设计周期同时降低设计风险。

作者:王彦

标签 MCU?? DRAM?? LED??

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