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村田制作所展示的新技术 - 高交会电子展见闻

村田制作所展示的新技术 - 高交会电子展见闻
来源:电子工程网 时间:2013-12-25
作者:郭庆春

村田制作所是日本的一家电子元器件厂商,创立于1944年。村田以 陶瓷电容 起家,目前涉及的领域涵盖无源器件、通信组件、传感器、连接器、滤波器、电源等诸多方面。

日本厂商通常以工艺精良著称,村田也不例外。不仅如此,正如其口号“innovator in electronics”那样,村田在热点领域的一些创新也令人瞩目。下面就介绍一下村田在今年的高交会电子展上展示的产品技术。


3D手势识别超声波传感器


手势识别是近期的热门技术。手势识别一般通过对摄像头加算法来实现。但这里介绍的手势识别技术不是基于摄像头,而是基于超声波传感器。村田和Elliptic Labs携手为便携式消费类设备(如智能手机和平板电脑)提供3D超声波传感器非接触式操作。


图1:村田3D手势识别超声波传感器尺寸仅5.2 x 5.2 x 1.2mm

我们都知道蝙蝠是利用超声波的高手,精确的声纳定位帮助它在黑夜中能捕食运动中的昆虫。人类也在各行各业广泛利用超声波,如医疗影像和军事侦察。村田将超声波用于便携电子设备,这得益于其高超的小型化技术。村田研发的微型低功耗超声波传感器,特别适用于对功耗要求很高的小型、便携式产品。村田的超小型表面贴装超声波传感器可实现高声压,在便携设备上安装多个超声波传感器不仅能实现高精度测距,而且能实现3D手势识别。

与基于摄像头的手势识别技术相比,超声波可提供高分辨率、宽视野和低功耗。村田的3D手势识别超声波传感器尺寸仅5.2 x 5.2 x 1.2mm,工作电压6Vp-p,声压100dB,指向性60°,工作电流10mA。


图2:以多点接收反射回来的超声波便可计算出目标的3D位置和动作

村田的表面贴装型超声波传感器已经被Elliptic Labs公司的Touchless Gesture Software所采用。Elliptic Labs的软件为消费类设备(包括电脑、平板电脑和智能手机)提供超声波非接触式操作方案,使这些设备围绕屏幕180°都能响应自然的手势动作。在村田公司的展台,工作人员演示了以手势操作的“水果忍者”游戏,切削的准确度相当高。据介绍,配备超声波传感器3D手势识别技术的手机明年有望上市。


手机NFC天线

带有NFC功能的手机越来越流行。村田开发了两种NFC手机天线,分别适用于塑料外壳手机和金属外壳手机。适用于塑料外壳手机的NFC天线采用特殊的ZB结构(铁氧体斜插进线圈),增强了导磁的效率,尺寸更小,而且可以将天线放在手机的顶部和侧面。


图3:铁氧体斜插进线圈的ZB结构使得天线尺寸更小

一些高端智能手机倾向于采用金属外壳,但金属外壳会影响NFC天线的性能。为此,村田的PB型NFC天线以金属外壳作为booster,利用手机金属后盖的摄像头开孔实现NFC信号的传输。


图4:PB型NFC天线适合金属外壳的智能手机

村田NFC手机天线的尺寸和厚度可根据客户要求定制。天线厚度为0.2mm至0.5mm,谐振频率为13.56MHz。


组合式陀螺仪传感器

村田独特的3D-MEMS技术向市场提供了高性能、高可靠的MEMS传感器。此次展出的组合式陀螺仪传感器将陀螺仪与加速度计合二为一,适用于多种稳定控制系统,如汽车的防滑控制系统(ESC)、防侧翻控制(ARC)、翻滚检测传感器(ROV)、导航系统、导向系统、惯性测量装置、平台控制、控制运动分析和机器控制系统等。型号为SCC1300-D04的器件尺寸为8.5 x 18.7 x 4.5mm。器件具有理想的线性和稳定的偏置特性,噪声低,能去除MEMS部分的高频振动成分,并具有高度的自我诊断功能。


图5:组合式传感器结合了1轴陀螺仪和3轴加速度计


适用于心脏检测的MEMS加速度传感器+无线通信模块

常规的心脏健康检测方法是心电图分析。但获取心电图必须在人体上安放多个电极,操作比较繁琐。村田的心脏检测技术则完全不同,它通过测量承载人体的座椅或床的轻微振动来实现,无需直接接触人体,因而十分方便。


图6:村田用于心脏检测的MEMS加速度传感器+无线通信模块

模块的原理图如下。模块安装在病床上,其中的MEMS加速度传感器采集病床振动信号,通过A/D转换器转化为数字信号给微控制器进行分析,其结果通过有线接口(SPI、I2C、UART)或无限通信的方式传送给监控端设备。该模块每50ms检测一次人体皮肤的机械振动,灵敏度高。模块的尺寸为40 x 40 x 7mm,输入电源电压为7~50V,接口电压3~5V,电耗为10mA。


图7:心脏监测模块原理图

据工作人员介绍,此类模块早的应用是沃尔沃S80型汽车的后备箱,它可以检测后备箱内的生命信息,如盗贼的生理特征或婴儿的存在,以帮助破案或预防危险情况的发生。现在看来,MEMS加速度计用于病人监测更为实用。


图8:BCG模块更适合病人和老年人的远程医疗监护


检测环境光、接近和运动的光学传感器

村田的这个光接口集成了光发射器、光接收器和数字输出IC,尺寸仅3.1 mm x 3.1mm,可以检测目标物体的上下、左右和远近运动。据工作人员介绍,该光接口采用激光而非红外光,所以它对距离不敏感,安装的时候特别方便。该器件的功耗低,工作电流仅10μA。据介绍,村田的一轴光接口已经实现量产,用于运动检测的三轴光接口正在开发中。

表1:村田光传感器的电气特性



图9:光接口尺寸仅3.1 mm x 3.1mm


图10:光接口可检测物体的位置和运动


嵌入式Wi-Fi模块

村田的嵌入式模块搭载了Wi-Fi通信所需的必要功能,内嵌MCU,适合家电这样的CPU处理能力低的设备,方便它们实现Wi-Fi功能,是智能家居、物联网、云服务的关键组成部分。该模块携带的硬件和软件使得安装目标设备中处理能力很低的MCU或未搭载RTOS/OS的MCU都能实现Wi-Fi功能,能实现数据存取、与MCU之间的通信和对传感器的控制。该模块已经搭载了Wi-Fi天线,也可以根据需求外接天线。其结构与参数如图12所示。


图11:村田嵌入式Wi-Fi模块适合为家电等嵌入式设备实现无线通信


图12:村田嵌入式Wi-Fi模块的参数及结构图


智能照明系统

前面提到的嵌入式Wi-Fi模块是以Wi-Fi网络连接设备,其优点是Wi-Fi网络在家庭中已经普及,而且Wi-Fi网络具有很好的带宽。但Wi-Fi有它的局限性,没有很好的组网能力,所以覆盖范围有限。相比之下,属于网状网的ZigBee则具有覆盖范围大的特点,更适合用于智能照明系统。虽然ZigBee网络的带宽较窄,但足以应付智能照明的通信要求。在村田的展位,工作人员演示了多种方法实现对灯光的控制。


图13:村田的智能照明系统方案


又见村田顽童

村田的展位当然少不了村田顽童,而且他总是观众瞩目的焦点。这回村田顽童可爽了,有美女和他对话,当然他也很乐意应答。所以他堂妹村田婉童(骑独轮车的那个)就不用来了,他已经不孤单了。村田顽童展示了村田的尖端技术,如用于姿势控制的陀螺传感器、传送接收命令的蓝牙模块、眼部摄相机所使用的透光性陶瓷镜头、超薄型压电扬声器、蓄电池装置、电源模块等。随着村田技术的进步,顽童的本领也越来越大。当我们下次再看到村田顽童的时候,不知道他又会增添了什么新本事呢。


图14:村田顽童总是吸引眼球的明星


后,我们再来欣赏几幅图片,领略一下村田的尖端技术:


世界小片状铁氧体磁珠008004尺寸
详见//www.murata.com.cn/new/news_release/2013/0917/index.html


世界首创、世界小尺寸片状电感器 (0.25 x 0.125mm)
详见//www.murata.com.cn/new/news_release/2012/0925/index.html


世界首创、世界小尺寸独石陶瓷电容器 (0.25×0.125mm)
详见//www.murata.com.cn/new/news_release/2012/0905/index.html