UWB市場主要有四個主要應用類型,實時定位系統(RTLS);移動應用(包括智能手機、可穿戴設備、消費類標簽等);汽車;以及智能家居。其他還有一些比較小眾的應用,比如智能門鎖、無感門禁,以及支付等。
根據市場調研機構Techno Systems Research發布的最新報告,預計2021年全球UWB市場出貨量將超過2億顆,到2027年將會超過12億顆。其中,智能手機將會是出貨量最大的部分,緊隨其后的是汽車、智能家居、可穿戴設備、消費電子標簽,及實時定位系統。
主要應用分類的新品供應商
在實時定位系統分類應用中,主要的UWB芯片供應商有Qorvo、恩智浦、3DB Access/Renesas Electronics。系統解決方案供應商有斑馬技術 (自己家的芯片組)、 Ubisense (自己家的芯片組),、Kinexon、Sewio, Inpixon、清研訊科、沃旭通訊、浩云科技、Wipelot、Donn Tech、Humatics。
在移動分類應用中,主要的芯片供應商有蘋果(USI 模塊)、恩智浦、及Qorvo。采用了UWB芯片方案的手機OEM廠商主要有蘋果、三星、小米、OPPO、Vivo等。
蘋果已經在其iPhone12、iPhone11系列、六代Apple Watch、Aritag,及HomePod mini等產品中導入了UWB方案。
三星的Galaxy Note 20 Ultra、 Galaxy Z Fold 2,、S21 Ultra and S21 Plus手機也導入了UWB方案,預計小米、OPPO和Vivo等廠商也會隨后導入相關解決方案。
據 ABI Research 預測,支持 UWB 的智能手機出貨量將從 2019 年的 4200 萬多部增加到 2025 年的近 5.14 億部,以用于解鎖、無線支付等應用。同時,手機是消費級產品控制的重要端口,搭載 UWB 芯片智能手機龐大的出貨量,將引領C端UWB市場發展,帶動各類UWB設備出貨增長。 `
在汽車分類應用中,主要的UWB芯片供應商有恩智浦、3DB Access/Microchip, 3DB Access/Renesas Electronics等;主要的模組供應商有LG Innotek、信維通信;主要的汽車OEM廠商有大眾、奔馳、寶馬、特斯拉、通用等。
此外,Qorvo與ST也一直希望進入汽車市場,或許在不久的將來就能看到他們推出相關的產品。
在智能家居分類應用中,主要的芯片供應商有蘋果、恩智浦和Qorvo。主要的模組供應商有Amotech、Qorvo。在智能家居的終端廠商方面,到目前為止,也就蘋果推出過一款智能音箱產品。小米曾經展示過一款基于UWB解決方案的產品,不過目前沒有看到量產。未來,智能電視、智能音箱等設備中有望加入UWB解決方案。
最新芯片產品
最近Qorvo宣布其DW3000系列產品支持與iPhone和Apple Watch型號中使用的Apple U1芯片的互操作,符合2021年全球開發人員大會上公布的新的Nearby Interaction 協議規范草案要求。利用這種兼容性,開發人員能夠根據配備 U1 芯片的 iPhone 或 Apple Watch 的位置、距離和方向來輕松評估新的應用體驗。DW3000 是 Qorvo 的下一代超寬帶 (UWB) 芯片組系列,將推出四個型號以及多款模塊和 beta 開發套件,并全面投入量產。
圖:恩智浦DW3000系列芯片。
DW3000的四款芯片組,包括DW3110、DW3120、DW3210、DW3220,該新品組針對低功耗電池供電應用進行了優化。在全球范圍內提供 UWB 信道 5 (6.5 GHz) 和信道 9 (8 GHz) 支持,數據速率高達 6.8 Mbps,同時提供精準定位,精度在 10 cm 內,角度測量精度為 +/-5°。芯片組采用 QFN 和 CSP 封裝。
恩智浦的UWB芯片新品按照不同市場有計劃推出不同的產品,比如針對汽車市場推出NCJ29D5;針對物聯網標簽市場推出了Trimension SR040;針對物聯網市場推出了Trimension SR150。
NCJ29D5是恩智浦第一款針對汽車市場而開發的UWB芯片,專用于滿足汽車業的連接和功能安全需求。UWB IC使汽車能夠知道用戶的確切位置。使用NCJ29D5芯片的汽車,用戶將手機放在口袋或包中便能夠打開和啟動汽車,并通過智能手機享受安全的遠程泊車服務。此外,新的UWB IC可最大限度地防止通過中繼攻擊盜車風險。該芯片的主要特性包括支持智能門禁的互聯互通、一流的定位精度、較低的系統成本、集成式能源管理、基于Arm Cortex內核、片上支持多種加密操作,可在6.0GHz到8.5GHz的高頻段運行,以及IEEE82.15.4向前和向后兼容。
Trimension SR040支持低功耗操作,減少了對外部組件的需求,專為紐扣電池供電的物聯網設備而設計,如UWB跟蹤器和標簽。內置的恩智浦FiRa MAC支持互操作性,可加快產品上市速度。Trimension SR040能夠與BLE或其他連接控制器集成在一個設備中。作為到達時差(TDoA)標簽,它們只能發送閃爍包。該芯片的主要特性包括內置了Tx/Rx交換機、符合FiRa認證開發、以及符合IEEE802.15.4z標準等。
Trimension SR150則是針對物聯網設備的具體需求而設計,增加了到達角(AoA)技術,提高了精確度。該芯片非常適合各種大型基礎設施的UWB支持工具,如門禁裝置、室內本地化設置和支付方案,以及消費品,包括電視和游戲機。多個SR150 IC設備可放置在一個房間作為超寬帶錨,以幫助定位在房間內移動的人和物體。SR150的主要特性包括面向AoA功能的雙Rx、支持3D AoA、符合FiRa認證開發、符合IEEE802.15.4z標準、連接至EdgeLock SE,支持安全測距用例等。
意法半導體(ST)在2020年7月份的時候宣布收購了一家UWB技術公司BeSpoon,該公司是一家總部位于法國的Fabless半導體公司,成立于2010年,專門研究UWB通信技術,該技術是與法國格勒諾布爾的 CEA-Leti 合作開發的。
隨著技術發展,BeSpoon 將 UWB 技術更多的應用于工業 4.0 場景中的實時位置數據,通過對 omlox 開放網絡標準的支持,在智能工廠中將不同制造商、支持不同定位技術(包括 UWB、Wi-Fi、GPS、5G、RFID、BLE)的產品在一個核心區域中聯網在一起,實現在不利的環境條件下厘米級精度的實時室內定位。
并且在2020年年底,ST宣布加入超寬帶聯盟(UWBA),成為了推廣級會員,并加入了理事會。
根據ST官網的信息,目前ST可以提供B-UWB-MEK1和B-UWB-MOD1兩種類型的UWB模塊給客戶。
除了這些海外供應商,其實國內也有不少UWB芯片和方案供應商。這里我們主要介紹芯片的供應商。比如有成都精位科技、深圳紐瑞芯、廣州浩云科技、杭州易百德等等。
其中精位科技在2019年就推出了UWB芯片JR3401,可惜到目前為止都還只有一款芯片。紐瑞芯在去年的時候推出過UWB大熊座系列SoC,兼容IEEE802.15.4z標準,此前宣稱2020年年底會量產。杭州易百德在2020年4月份的時候正式發布了其EB1003芯片,該芯片集成了完整的符合802.11.4國際標準的UWB收、發、測距系統,距離測量精度小于10cm,符合802.11.4國際標準。
結語
其實,在2019年時,三星與 NXP 和 HID Global 等聯手啟動了 FiRa 聯盟(FiRa,精細測距的縮寫),以促進 UWB 技術在訪問控制、位置服務、設備到設備服務等方面的應用。
如今,UWB行業標準逐漸完善,行業標準方面,UWB 適用 IEEE 802.15.4協議。2020 年 6 月,IEEE 更新了 UWB 的相關標準(802.15.4z),增強 UWB 安全功能(在 PHY/RF 級別),從而進一步為 UWB 進一步進入主流應用鋪平了道路。
此外,隨著蘋果加入FiRa聯盟,UWB生態體系逐步建立,有望成為消費級產品標配。也就是說,未來UWB的市場前景還是很值得期待的。
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