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高精度定位時代下,各大UWB芯片競爭力對比

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UWB技術的出現,進一步推動了消費、IoT、工業和汽車市場對于精確定位和測距的需求。無論是智能手機、汽車配件、智能家居、智能穿戴還是定位標簽等應用,UWB都以其獨到的精度優勢吸引著這些市場的玩家朝它看齊。那么如今的UWB芯片市場本身又匯聚了哪些玩家呢?
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Qorvo
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Qorvo于2020年以4億美金收購了愛爾蘭UWB公司Decawave,也由此一腳邁入UWB市場,其代表芯片即DW1000。DW1000支持從3.5GHz到6.5GHz內的6個射頻頻段,用戶可以自行對發射器的輸出功率進行編程。
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DW1000 / Qorvo
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根據規格書中給出的數據,DW1000可以實現了10cm精度的定位,定位范圍可以擴展至290米,還支持110kbps、850kbps和6.8Mbps三種數據速率。在110kbps下,其通信范圍可擴展至290米。DW1000還具備極低的功耗,其睡眠電流為1?uA,深度睡眠電流更是可以低至50nA。
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DW3000 / Qorvo
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DW3000為Qorvo第二代UWB芯片,支持6.5GHz和8GHz兩個信道,可以提供10cm內的范圍精度和±5°的角測量精度。DW3000在低功耗上再度做出了突破,其功耗不僅低于BLE藍牙,也比DW1000低上5倍。
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蘋果
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蘋果在2019年發布的iPhone?11中首次運用了UWB技術,靠的正是U1這顆UWB芯片,蘋果也成了首家在智能手機設備中引入UWB芯片的公司。這顆U1芯片的存在允許iPhone?11通過空間感知技術,準確地檢測到其他配備了U1芯片的蘋果設備。iPhone?11后的所有iPhone均搭載了這一芯片,并沿用至Apple?Watch智能手表、HomePod?mini智能音箱和今年推出的AirTag。
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根據蘋果的專利查詢,蘋果早在2006年就申請過UWB用于ToF和網絡定位的專利,時間點甚至在初代iPhone發布之前。此后,蘋果又陸續申請了數項與UWB相關的專利。iPhone中的UWB僅在6.24GHz和8.2368GHz兩種不同頻率下傳輸,且發布之初僅與其他的U1芯片通信。據網絡上的拆解測試得出的結論,蘋果這款U1芯片采用了Arm?Cortex-M4作為核心,與Decawave的DW1000芯片相比面積略小,且采用了臺積電的16FF的制程。
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UWB大大加強了蘋果設備定位的能力,通過UWB收發電路、運動傳感器電路、控制電路,加上震動輸出引擎,蘋果的查找app有了精準定位的能力。通過收發信號,確定到達角、距離和方向,在屏幕上給出UI指示,在設備指向定位物體時還會提供震動反饋。
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iPhone與UWB配件之間的附近交互流程 / Apple
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如今蘋果已經進一步開發了這顆芯片通信能力,支持與通過MFi認證的第三方UWB芯片交互,從而實現iPhone作為智能車鑰匙等功能。目前Qorvo和恩智浦兩家廠商均已推出了測試階段的開發套件,供開發者來構造蘋果生態下的UWB產品。
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恩智浦
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恩智浦針對IoT設備/標簽和安全汽車訪問推出了Trimension SR150/SR040和NCJ29D5,同時也有工業市場專用的Trimension OL23D0。由于集成了片上閃存和MCU,OL23D0是一款開放、客戶完全可編程的UWB芯片,因而更適合專用性強的工業市場,支持到客戶特定的協議棧。
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Trimension OL23D0 /?恩智浦
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上文中提到了恩智浦已經針對蘋果U1芯片推出了對應的開發套件,但恩智浦似乎并不打算把UWB在手機上的應用完全捆綁在蘋果生態上,因此恩智浦也推出了針對移動應用的UWB芯片Trimension SR100T。SR100T選擇了6到9GHz的頻段,即便在nLOS非視距的情況下,該芯片也可以做到±10cm的范圍精度和±3°的角測量精度。
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從Galaxy?Note?20 Ultra這款機型開始,三星逐漸在隨后的Galaxy?S21系列和Fold2上使用UWB技術,所用正是恩智浦的SR100T芯片。除了三星以外,小米也在今年發布的MIX4機型上用到了SR100T芯片,從目前產品布局來看,未來UWB可能會先在這些旗艦機型上亮相。
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3db/瑞薩
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3DB6830原理圖?/ 3db
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3DB6830為3db的旗艦UWB芯片,集成了極低功耗(單次測量功耗為10 uJ)的IR-UWB收發器,選用了6到8GHz的工作頻段。在無阻擋的情況下,3DB6830可以做到120米以上的覆蓋范圍,精度做到10cm以內。該芯片還集成了一個通過驗證的專用MAC層,可以抵御邏輯層和物理層的遠程修改攻擊,適用于安全的距離邊界和數據傳輸應用,任何提供隨機數生成和認證流程的MCU都可以驅動這顆UWB IC。
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值得一提的是,3DB6830與以上芯片不同的地方在于選擇了低速率脈沖(LRP)重復頻率,而其他芯片均為高速率脈沖(HRP)重復頻率。根據3db的描述,這將賦予3DB6830更低的測距功耗、更低的成本和更低的檢測延遲。
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瑞薩于2020年初獲得了3db Access的UWB技術授權,借助瑞薩的MCU來打造安全UWB低功耗產品。去年11月份,瑞薩與Altran共同宣布,將利用這一技術來開發偵測社交距離的可穿戴產品。該產品結合了瑞薩具備HMI電容觸控功能的Synergy?S128 MCU以及獲得授權的UWB技術。據其聲明所述,該芯片所需功耗僅為競品的十分之一,卻可以實現誤差范圍在10cm內的精確測量。其功用是在其他設備進入安全距離時,通過LED和觸覺反饋來發出警示,可用于出入境管理等抗疫要求嚴格的場景。
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小結
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從以上這些主要的UWB芯片來看,全球UWB技術的發展仍處于早期,還有很大的參與空間,中國公司雖然在UWB上起步較晚,卻也開始了相關布局。與此同時,推動UWB普及的FiRa聯盟已經有了100家以上的成員,確保一致性的認證工作也在緊鑼密鼓地開展。UWB已經瞄準了Wi-Fi和藍牙等無線連接技術,朝著并列的位置邁去。

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