广告

可穿戴设备市场复苏 2022年预出货超1.6亿台

2022-05-11 09:17 来源:电子变压器与电感网

伴随着物联网、云计算、元宇宙等技术概念热潮兴起,短视频达人意见领袖的带动,智能可穿戴设备拥有相当广阔的市场前景。2021年中国可穿戴市场全面复苏,2022年望迎来新的发展春天。

2022年中国可穿戴设备市场预出货超1.6亿台

如今,从常规查看时间、通话到电子支付,再到健康监测、活动管理等更多健康元素融入,可穿戴设备在人们日常生活之中扮演着愈发重要的角色。在移动通信、图像技术、人工智能等技术的融合创新之下,可穿戴设备迅速发展,成为全球增长最快的高科技市场之一。

近日,IDC发布《中国可穿戴设备市场季度跟踪报告,2021年第四季度》,2021年第四季度中国可穿戴设备市场出货量为3753万台,同比增长23.9%。全球可穿戴设备出货量从2014年的0.29亿部增长至2021年的5.34亿部。

IDC预测,2022年,中国可穿戴设备市场发展将新增速,实现出货量超过1.6亿台,同比增长18.5%。预计到2024年将达到6.37亿部。

可穿戴设备  包罗万象

麦捷科技副总裁张照前尤为看好智能可穿戴设备发展,他认为,安全、健康、潮流是目前可穿戴产品主要发展方向。将在健康、信息跟踪等功能上取代部分手机功能,智能穿戴种类也会越来越多,应用到不同产业。

智能可穿戴设备涉及的产品十分广泛,可穿戴设备以智能手表和基本手表组成的手表品类,复合年增长率最高,IDC数据显示,全球智能手表市场出货量从2016年的0.21亿块迅速增长至2021年的1.28亿块,年复合增速为43.55%。

而智能无线耳机则是在苹果公司的助推下,风靡全球,搭载蓝牙技术,进行无线传输数据,拥有接听电话、遥控拍照等功能的无线智能耳机,随着时代的发展,智能耳机的智能运动追踪,检测心率、GPS导航等功能不断扩展,市场规模不断扩大。

Canalys数据显示,2021年全球智能耳机市场出货量约为5亿副,较2020年增加0.7亿副,同比增长16.3%。

在我国可穿戴设备细分市场中,2021年,耳戴设备市场出货量保持在较高水平,约为7898万台,同比增长 55.4%;手表市场出货量为3956万台,同比增长 21.4%。其中,成人手表2013万台,儿童手表1943万台;手环市场出货量为1910万台。

三体微电子市场总监赵文庆认为,TWS耳机市场经过6年高速发展,各项功能和技术都渐渐趋向成熟。2022年,随着蓝牙5.3普及、LE Audio应用、以及各项技术的普及落地,TWS耳机市场迎来新的机遇。

顺络电子市场推广部经理袁聪认为,5G技术的成熟,意味着AI+loT生态的成熟,5G技术以及云计算的发展,将推动智能可穿戴无线化应用场景的进一步丰富,市场将迎来更多设备,内容生态将得到有效补充。“智能手表在体积、重量等方面的优势让其日后有发展成为AI+loT生态入口的可能性。耳机的发展趋势已经向着智能化发展,有些厂商已经在耳机中集成心率测试等功能,可与手表、手机一起构成智能穿戴生态圈。”

此外,还有用于3D显示和动作交互的VR头显,听障病人使用的助听器,应用于工业生产提供更丰富视觉信息的增强现实眼镜,冬奥赛场上采用的“测温创可贴”等产品,均属于智能可穿戴设备范畴。

疫情加速健身可穿戴设备市场成长

可穿戴设备中的传感器就是人类感官的延伸,增强人类“第六感”功能,可预知人体活动产生的各种微妙变化。

原努比亚创新设计中心工程师江工说:“我觉得可穿戴设备市场未来会往好的方向发展。尤其是近两年,人们对健康的关注度提高,而可穿戴设备通过生物识别,能实时检测到人体机能的变化,满足了当前人们对健康生活的追求,从而使人们关注到可穿戴设备领域。”

如今,新冠疫情防控已经常态化,人们对健康状况的关注确实远超以往,增强个人体质和免疫力成为人们防范疫情的重要方式。近期上海疫情发生之后,在上海居家隔离的明星刘畊宏,通过直播跳健身操的方式,带动全民健身,在流量密码和热度的不断翻炒之下,人们对于健身塑形的需求快速提升,而可穿戴设备及相关软件服务出现,给人们提供了便捷高效的健身方式的同时,让人们可以第一时间记录自己健身效果。

据《财富》调查报告显示,2021年,全球健身可穿戴设备市场规模已达到363亿美元,复合年增长率将达15.4%。预测到2028年,该市场规模将超过1100亿美元。

入局者,无论是初创公司,亦或科技巨头,均在相关软硬件方面不断投入。

三星、华为、小米、苹果、亚马逊等均研发了健身可穿戴设备系列,目前,主流的可穿戴运动设备,主要包括蓝牙耳机、运动手表、运动服饰等。

这些可穿戴设备在软件的配合下,可实现锻炼订阅计划、运动跟踪、数据收集、及时反馈,健身爱好者享受到了更多科技福利,让锻炼更有效率。

可穿戴设备对电感器有哪些新要求?

随着使用场景和用户群体的不断扩大,智能可穿戴设备必然呈现出向着多元化、智能化发展的趋势。可穿戴设备智能化和功能集成化需求越来越高,附加的电子组件数量也随之增长。

在功能提升的同时,可穿戴设备向更加轻薄化、便携化发展,相应产品的核心零部件也将更加精密化和复杂化。其中,轻薄化涉及到的薄、小、轻是可穿戴设备的物理要求,也是当今可穿戴技术限制电池寿命的主要原因。

三体微电子市场总监赵文庆认为,在将来的一两年内,蓝牙耳机将围绕着无损音质,空间音效等功能发展,随着功能与性能的升级,对功耗和空间提出了更苛刻的要求。

“智能手表因体积较小、向着薄型化发展,要求使用的电子元件的体积和高度越来越小,对于电感的要求同样是体积小,低背,在智能手表中常用的电感类型可以分为功率电感和射频电感。”袁聪说。

麦捷科技张照前告诉记者,就智能手表来说,客户使用的芯片方案以及通信制式(3G,4G)不一样,使用数量会有区别。智能耳机,主流的络达、恒玄、高通、瑞昱方案音频板(耳机板)会使用3-6颗精密绕线电感(MTF系列)或者小尺寸功率电感(MPSM系列);杰里、中科蓝讯低端方案会使用2-4颗叠层功率电感(MGFL系列);充电仓也会使用1~2颗功率电感(MPIT系列,尺寸范围2520-4018)。

“由于可穿戴设备注重其便携性与续航能力,可穿戴设备未来应该会往小尺寸、大电流、轻型化方向发展,应用在可穿戴设备领域的电感高度从以往的0.8mm到现在大致控制在0.65mm,电流约为1.3A。”奇力新邓主管认为,电感器未来的趋势也是尺寸越小越好,要求降低功耗,减少电感损耗,提高Q值。

中颖电子业务部总监罗頔认为,现在可穿戴设备,尤以耳机为主,主要做的是音频传输,随着5G、蓝牙联网等各方面技术的发展,可穿戴设备可能会涉及到视频信号的传输,这对传输速度提出了更高的要求。“对可穿戴设备来说,消费者会更加注重其小巧便携,这就需要我们去减小其体积。可穿戴设备中使用到的芯片、电感等都需要采用更为先进的工艺来推动体积小型化。此外,随着对可穿戴设备续航能力要求的提高,功耗肯定要不断下降。这就需要提高设计能力与工艺要求,从而减小功耗。”

风华高科技术部副总李强则认为,可穿戴设备的核心功能是数据传输、数据收集和数据处理。未来发展方向是低功耗、长续航、功能化、娱乐化。电源开关和射频器件中使用的电感会影响智能穿戴设备功耗。需要进一步提升产品的Q值和材料损耗来降低功耗,磁企需要对产品进行升级,提升产品性能,以满足其需求。

较早一代可穿戴手表,使用1个传统的电源管理芯片和几个独立的稳压器来对设备中的各个功能单元进行供电,这些芯片占有的体积相对较大,因而一般会采用功率较小的充电器。这种方案采用的芯片,如果需要3路的开关模式电源的输出,以及1个开关模式的充电,至少需要4个电感,而电感通常是电源方案中外部最大的被动元件。

随着可穿戴手表功能越来越强大,诸如GPS、BioZ、音频等,需要更多的传感器来支持更多的功能,也就需要更强大的AI处理芯片,这都对电源芯片提出了更高的要求,如提供更精确的GPS、音频和触屏反馈,需要电源方面能够提供稳定的电压、电流,使这些传感器的信噪比不受影响,更快的充电系统方面,需要1个开关模式的充电器。

Maxim Integrated(现已并入ADI)推出了低功耗单电感多输出(SIMO)技术,可以满足上述所提到的所有需求。MAX 77659是该公司最新推出的SIMO架构芯片。该方案3路开关模式的输出以及1路开关模式的充电共用1个电感(如下图),这样将物料清单减少了60%,同时总电源解决方案尺寸减小50%。

采用低功耗单电感多输出(SIMO)技术的还有Texas Instruments(TI)公司,TPS65135器件是TI公司提供的一款高效的分离轨电源。该转换器具有单电感器和多输出(SIMO)拓扑,因此使用的外部组件极少。该器件采用降压/升压拓扑,并生成高于或低于输入电源电压的正负输出电压。

从从业者提出的观点我们能看到,智能可穿戴设备所需的电感器也面临着这样一种机遇与挑战并存的环境,一方面,它拥有新一轮技术热潮提供的广阔前景,另一方面它则需要同时满足多种苛刻需求,包括小体积、低功耗、高可靠性、高性能等方面的要求。

那么,如何解决?我们看看各家方案商都是如何解决这些问题的。

电感器商的可穿戴设备方案

Abracon一体成型电感方案

一体成型电感是现阶段用于智能可穿戴设备较为常见的电感器。它是由不同类型的合金粉末混合物压制和封装而成的线圈。与传统的绕线电感不同,一体成型电感的软磁粉末材料被压入线圈周围的模具中。

与其他电感相比,一体成型电感的效率、屏蔽和功率密度性能更好,其提高性能的关键因素是,使用粉末材料填充线圈周围的空气间隙,从而实现芯体的密封封装。封装和所选材料提供优异的电流容量和效率,是可穿戴设备、便携式设备应用的理想选择。

晶振公司(Abracon)的一体成型电感AMPLA 和AMDLA系列在需要大电流(>1A)、高效率,空间有限的直流/直流转换应用中有非常优秀的表现,并为电路在超宽工作温度范围内提供卓越的干扰保护。

三星电机延用MLCC技术 从生产、材料改进

三星电机中央研究所副社长Hur Kang Heon 表示“随着电子产品性能提高,功能越来越多,就需要缩小起内部零件的尺寸,改善其性能和容量,为此就需要差异化的技术。”

从产品性能来看,随着零件的性能越来越好,所使用的的电量增加,因此需要能够耐受高电流的电感器。

电感器的性能,一般由其原材料,即软磁磁性材料和可在内部缠绕的线圈(铜丝)决定。

在产品体积上,三星电机新推出的这款功率电感器产品尺寸为0804,与过去移动设备中使用的1210尺寸相比,面积大幅缩小,厚度仅为0.65mm。尺寸减少了约 50%,电损也得到改善。

在生产方面,三星电机通过由 MLCC积累的材料技术及对半导体同基板生产技术的应用,将电感器生产做成基板单位,提升了生产率,产品厚度也更薄了。

在原材料应用上,三星电机自主开发了使用纳米级超微粉的原材料,此外,还通过使用调光技术将线圈彼此相邻放置,几乎没有剩余空间。调光技术是一种在制造半导体时用光标记电路的方法,成功实现线圈间的细微间隔。

未来,随着电子设备的高性能、多功能化、以及5G通信的加持,可穿戴设备等智能设备市场的发展,超微型电感器的需求将快速增加,三星电机预计今后电子设备内的安装量每年将增加20%以上,他们将计划为全球移动设备公司提供该产品。

TDK采用薄膜工法和优化开发新磁材

TDK采用独有的结构设计和全新的开发材料,研发出金属功率电感器PLE系列产品,该系列产品是一种高效率、低漏磁通的超小型功率电感器,在可穿戴设备上搭载的小型电池上运行时可发挥很好的效果。

PLE系列是凭借2项关键技术实现的,分别是工艺技术和材料技术。

另外作为材料制造商,TDK不断地进行各种材料开发,新开发了高磁导率且低损耗的金属磁性材料,制造出低损耗、高效率的电感器。

工艺技术应用了薄膜HDD磁头的技术,这次提高了高精度积层技术,在1.0 x 0.6 x 0.8mm尺寸的金属功率电感器上实现了2.2uH以上的电感值。

这种薄膜工法有以下特点:实现高精度的积层,可抑制偏差;实现2圈/层以上,在小导体专用面积上实现了高电感;确保上下磁性材料厚度,可抑制漏磁通。

顺络电子产品选型较为丰富

袁聪表示,顺络电子叠层功率电感MCL-A、MPH等系列产品特点是体积小、高度低、性价比高、饱和性好,可以很好地满足目前智能手表对功率电感的要求;

绕线功率电感MWSD1608FE系列具有小体积、高饱和电流的特性,可以用在智能手表蓝牙芯片周围的降压电路;

功率电感也可以选用如MWTC系列的模压一体成型电感,此类电感的特点是高可靠性、高饱和电流,价格也相对较高;

射频电感在射频电路中的主要作用是阻抗匹配,可以选用叠层型的SDCL、HQ等系列,主要的特点是尺寸小、高Q,尺寸、感量范围覆盖全。

袁聪说,具体的使用数量因每一家的方案设计不同用量也不同,比如TWS耳机中,恒玄方案和高通方案对电感的性能、尺寸、数量要求均不同,一般情况使用电感的数量为2-3颗,对电感的要求是低DCR、低ACR,选型中考虑的参数是电感量、DCR、Q值等;射频电感的作用除了常规的阻抗匹配外还可以起到隔离的作用,常规用量一般在6-10PCS。

麦捷科技专注降功耗降噪

张照前认为,长续航是智能手表当前主要面对的问题也是未来技术发展的方向。续航要求提高,对器件提出不断降低损耗的要求。

麦捷科技深耕材料开发,围绕小型化、低内阻、低损耗等方向展开专题研发,已与相关客户配合开发相关产品。对智能耳机来说,消费者更为注重其音质的提高,“麦捷科技MTF0603S系列的产品,在解决磁场干扰的蜂鸣声有着非常显著的优势。对磁企而言,要不断改进提升产品工艺,降低终端产品的功耗和低噪。”

万磁科技从材料改进

要提升电感器性能,磁性材料的技术创新成为当时需要攻克的第一道难题。

广东万磁科技有限公司总经理龚家万告诉记者:“传统式电感所用的软磁粉末,起初是在压制成型后,在产品表面喷绝缘漆,然后再绕铜线,即在铁芯和铜线之间有绝缘层隔离。”

后来,万磁科技学习国外先进技术,在粉末配置的过程中了做不同的改变,不断进行研发试验,最终得以创新性的改良,成为国内首家研发出绝缘软磁粉末的企业。

据介绍,绝缘软磁粉末采用纳米级高温绝缘材料,将细微的软磁粉末颗粒包覆,更能降低涡流产生的磁性损耗,可耐大电流、耐高温、低损耗、低温升、高阻抗,成型后产品耐压可达300V以上,避免了线圈与软磁粉末短路造成的烧机现象,具有安全保证。

龚家万说,万磁科技目前绝缘软磁粉末年产能达1000吨,该产品创新水平居国际前列,是用于一体成型电感和SMD贴片电感最安全的金属粉末原材料之一,采用这种材料生产的电感器也被广泛应用于智能手表等可穿戴设备,具有耐大电流(可达80A),频率高达5MHz、大功率、低损耗、低温升、高储能、电阻小、无噪音、超薄型、高饱和磁通密度等优良特性。

三体微电子

电感器作为无处不在的电路元件,被认为电子产品线路板中三大被动电子基础元件之一。随着可穿戴设备产品需求的提升,对电感器材料、技术和工艺的创新需求同样在增加。

在VR头显的显示器方面,屏显需要高压将其点亮,无论是单节锂电池或双节锂电池的系统电压都要采用升压电路给屏显供电,而升压电路中由于输入输出电压较高,赵文庆说,一个VR设备中至少需要10颗电感。电感需要较高的感值来完成能量传输,又同时需要支持小体积。

随着未来XR显示屏的不断升级,从分辨率,高刷新率,需要越来越大的功率密度。

针对未来XR可穿戴设备的技术发展特性,三体微电子也升级产品配置推出不同特性的产品。

如SNRB Series功率电感器件,搭配XR终端中两块OLED显示屏供电。

赵文庆表示,SIRB Series将支持1608(1.6mm*0.8mm=1.28mm2)的尺寸,同时具有优异的饱和电流,非常低的DCR,高Q值的特性,SIRB Series的这种工艺,将探索更小的尺寸,1005(1.0mm*0.5mm=0.5mm2),该产品计划在今年第三季度进入量产。

赵文庆说,一台TWS耳机中,根据不同平台所需,有3-9颗不等数量功率电感的需求,作为耳机内主要元器件之一,他认为,随着TWS耳机功能与性能的不断升级,如LE Audio,空间音频等,耳机的续航将是未来持续性的热门话题之一。

针对TWS耳机功耗问题,三体微已布局更高效的SDHK系列产品来降低功耗。整机表现相比普通电感降低近1mA。针对空间:以目前耳机整板PCBA的高度,功率电感处于高度最高的元器件之一,三体微超薄型的功率电感,高度低至0.8mm和0.6mm的系列产品来降低PCBA高度,让出更多的空间给到锂电池。

①针对充电仓:

三体微SCCB Seires,注重的是针对快充应用,需要提供电池大电流充电,根据目前主流快充芯片对功率电感的要求,需要支持高频工作,更低的DCR/ACR,提供更高效率的功率电感。

三体微SWFI Series具有小尺寸、高感量等特点,对于一些低频的升压电源,同等小尺寸的前提下,SWFI系列性价比更高。

②针对耳机:

三体微SDHK/L Series,支持小尺寸1608,全磁屏蔽,降低噪音,低DCR,优化EMI干扰,优化收发灵敏度的特点。

三体微SDHC Series,同样是小尺寸1608,半磁屏蔽,对周围降低噪音,专门针对普通的精密绕线电感,噪音优化处理的一个最优选择。

随着有线耳机的取消,三体微在TWS耳机领域开创全国首家高性能全磁屏蔽高性能功率电感器,并竭力开发全球最小封装磁屏蔽精密绕线功率电感,降低电感工作时对周边器件的磁干扰,提高耳机整机工作性能,主要表现在降低底噪,提高蓝牙接收灵敏度,优化噪音等,应用于可穿戴式产品备受期待。三体微的产品已应用到小米、VIVO、欧菲光、伟创力等国际型品牌的终端产品中。

更多玩家……

总结

可穿戴设备已成为人们日常生活中不可或缺的科技产品之一,这些设备让人们学习、工作、健身锻炼、旅行、通讯和监控等事情变得更为方便。从产品体积来看,终端产品越发精致小巧多功能,其设备所需元器件也就越趋轻薄微型化。

为了提供更好的用户体验,高性能、小尺寸和低功耗是这些可穿戴设备设计的关键指标。我们也可以看到,国内外电感器厂商参与者各式奇招,配合芯片电源厂商拿出自家优势方案,其中,一体成型电感方案应用最为普遍。

其实,除了设计工艺之外,不难看出,任何一家电感器厂商提升产品性能,都需开发高磁导率、低损耗的高性能磁性材料,以期制造出更低损耗、更高效率的电感器。

在设计思路上,国际大厂多从芯片电源管理方案出发,进而影响电感器的性能要求,应用数量等。在此,我们也希望,有更多电感器厂商能够突破这一禁锢,走进可穿戴设备厂商芯片设计方案之中,向该领域贡献更多国产电感器方案。

责任编辑:祁增园