關(guān)鍵技術(shù) | 高精度定位時代下，各大UWB芯片競爭力對比
UWB技術(shù)的出現(xiàn)，進(jìn)一步推動了消費、IoT、工業(yè)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(biāo)簽等應(yīng)用，UWB都以其獨到的精度優(yōu)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？
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(nèi)的6個射頻頻段，用戶可以自行對發(fā)射器的輸出功率進(jìn)行編程。
DW3000 / QorvoDW3000為Qorvo第二代UWB芯片，支持6.5GHz和8GHz兩個信道，可以提供10cm內(nèi)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(lán)牙，也比DW1000低上5倍。
iPhone與UWB配件之間的附近交互流程 / Apple如今蘋果已經(jīng)進(jìn)一步開發(fā)了這顆芯片通信能力，支持與通過MFi認(rèn)證的第三方UWB芯片交互，從而實現(xiàn)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(fā)套件，供開發(fā)者來構(gòu)造蘋果生態(tài)下的UWB產(chǎn)品。
Trimension OL23D0 / 恩智浦上文中提到了恩智浦已經(jīng)針對蘋果U1芯片推出了對應(yīng)的開發(fā)套件，但恩智浦似乎并不打算把UWB在手機上的應(yīng)用完全捆綁在蘋果生態(tài)上，因此恩智浦也推出了針對移動應(yīng)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。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(shù)，所用正是恩智浦的SR100T芯片。除了三星以外，小米也在今年發(fā)布的MIX4機型上用到了SR100T芯片，從目前產(chǎn)品布局來看，未來UWB可能會先在這些旗艦機型上亮相。
3DB6830原理圖 / 3db3DB6830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(fā)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(nèi)。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(yuǎn)程修改攻擊，適用于安全的距離邊界和數(shù)據(jù)傳輸應(yīng)用，任何提供隨機數(shù)生成和認(rèn)證流程的MCU都可以驅(qū)動這顆UWB IC。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(fù)頻率，而其他芯片均為高速率脈沖（HRP）重復(fù)頻率。根據(jù)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。瑞薩于2020年初獲得了3db Access的UWB技術(shù)授權(quán)，借助瑞薩的MCU來打造安全UWB低功耗產(chǎn)品。去年11月份，瑞薩與Altran共同宣布，將利用這一技術(shù)來開發(fā)偵測社交距離的可穿戴產(chǎn)品。該產(chǎn)品結(jié)合了瑞薩具備HMI電容觸控功能的Synergy S128 MCU以及獲得授權(quán)的UWB技術(shù)。據(jù)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(xiàn)誤差范圍在10cm內(nèi)的精確測量。其功用是在其他設(shè)備進(jìn)入安全距離時，通過LED和觸覺反饋來發(fā)出警示，可用于出入境管理等抗疫要求嚴(yán)格的場景。
DW3000 / QorvoDW3000為Qorvo第二代UWB芯片，支持6.5GHz和8GHz兩個信道，可以提供10cm內(nèi)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(lán)牙，也比DW1000低上5倍。
蘋果
蘋果在2019年發(fā)布的iPhone 11中首次運用了UWB技術(shù)，靠的正是U1這顆UWB芯片，蘋果也成了首家在智能手機設(shè)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(shù)，準(zhǔn)確地檢測到其他配備了U1芯片的蘋果設(shè)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。根據(jù)蘋果的專利查詢，蘋果早在2006年就申請過UWB用于ToF和網(wǎng)絡(luò)定位的專利，時間點甚至在初代iPhone發(fā)布之前。此后，蘋果又陸續(xù)申請了數(shù)項與UWB相關(guān)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(fā)布之初僅與其他的U1芯片通信。據(jù)網(wǎng)絡(luò)上的拆解測試得出的結(jié)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。UWB大大加強了蘋果設(shè)備定位的能力，通過UWB收發(fā)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(zhǔn)定位的能力。通過收發(fā)信號，確定到達(dá)角、距離和方向，在屏幕上給出UI指示，在設(shè)備指向定位物體時還會提供震動反饋。iPhone與UWB配件之間的附近交互流程 / Apple如今蘋果已經(jīng)進(jìn)一步開發(fā)了這顆芯片通信能力，支持與通過MFi認(rèn)證的第三方UWB芯片交互，從而實現(xiàn)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(fā)套件，供開發(fā)者來構(gòu)造蘋果生態(tài)下的UWB產(chǎn)品。
恩智浦
恩智浦針對IoT設(shè)備/標(biāo)簽和安全汽車訪問推出了Trimension SR150/SR040和NCJ29D5，同時也有工業(yè)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(yè)市場，支持到客戶特定的協(xié)議棧。Trimension OL23D0 / 恩智浦上文中提到了恩智浦已經(jīng)針對蘋果U1芯片推出了對應(yīng)的開發(fā)套件，但恩智浦似乎并不打算把UWB在手機上的應(yīng)用完全捆綁在蘋果生態(tài)上，因此恩智浦也推出了針對移動應(yīng)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。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(shù)，所用正是恩智浦的SR100T芯片。除了三星以外，小米也在今年發(fā)布的MIX4機型上用到了SR100T芯片，從目前產(chǎn)品布局來看，未來UWB可能會先在這些旗艦機型上亮相。
3db/瑞薩
3DB6830原理圖 / 3db3DB6830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(fā)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(nèi)。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(yuǎn)程修改攻擊，適用于安全的距離邊界和數(shù)據(jù)傳輸應(yīng)用，任何提供隨機數(shù)生成和認(rèn)證流程的MCU都可以驅(qū)動這顆UWB IC。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(fù)頻率，而其他芯片均為高速率脈沖（HRP）重復(fù)頻率。根據(jù)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。瑞薩于2020年初獲得了3db Access的UWB技術(shù)授權(quán)，借助瑞薩的MCU來打造安全UWB低功耗產(chǎn)品。去年11月份，瑞薩與Altran共同宣布，將利用這一技術(shù)來開發(fā)偵測社交距離的可穿戴產(chǎn)品。該產(chǎn)品結(jié)合了瑞薩具備HMI電容觸控功能的Synergy S128 MCU以及獲得授權(quán)的UWB技術(shù)。據(jù)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(xiàn)誤差范圍在10cm內(nèi)的精確測量。其功用是在其他設(shè)備進(jìn)入安全距離時，通過LED和觸覺反饋來發(fā)出警示，可用于出入境管理等抗疫要求嚴(yán)格的場景。
小結(jié)
從以上這些主要的UWB芯片來看，全球UWB技術(shù)的發(fā)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(guān)布局。與此同時，推動UWB普及的FiRa聯(lián)盟已經(jīng)有了100家以上的成員，確保一致性的認(rèn)證工作也在緊鑼密鼓地開展。UWB已經(jīng)瞄準(zhǔn)了Wi-Fi和藍(lán)牙等無線連接技術(shù)，朝著并列的位置邁去。
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