歌尔微电子UWB SiP模组赋能多元场景应用

集微网消息 UWB全称为（Ultra Wideband）超宽带技术，是一种利用纳秒级非正弦波窄脉冲传输数据的无限载波通信技术。与传统的蓝牙、Wi-Fi技术相比，UWB技术在定位精准度、安全性、抗干扰性等方面更具优势。

然而与近期话题度极高的LiDAR（激光雷达）一样，早期UWB技术的发展受制于性价比等因素，鲜少出现在民用市场，更多见于军用及通信领域。直至近两年，物联网行业在AI的加持下实现蓬勃发展，许多移动终端对于定位准确、传输距离等方面的需求大幅提升，以几家一线手机品牌为代表的厂商陆续将UWB技术引入商用领域，使其走入大众视野。

据悉，目前UWB技术的应用已面向包括智能家居、智慧城市、智慧零售、智慧建筑、智能工业等多个领域。去年4月，苹果2021年春季新品发布会上亮相的“Air Tag智能追踪器”更是将UWB技术推上了风口浪尖。

作为国内微系统模组行业头部厂商之一，歌尔微电子股份有限公司（以下简称“歌尔微电子”）也于近期推出了两款UWB模组——UWB GSUB-0001、UWB GSUB-0002。

直击痛点，精准发力

UWB GSUB-0001模组可应用于智慧工厂、标签、智能穿戴、智慧零售、IoT等领域，产品本身集成了UWB、Filter等主要器件。支持双向测距/TDoA/PDoA定位，数据传送速率高达27Mbps，且具备高达40MHz SPI 接口。同时采用超小型LGA封装方式，能够实现超低功耗，定位精度可达10cm。

UWB GSUB-0002模组的应用领域包括智能穿戴、智能家居、IoT等；产品集成了UWB、BLE、Filter、G-sensor等主要器件。支持双向测距/TDoA/PDoA定位，数据传送速率高达27Mbps。兼备高集成度、低功耗、高可靠性、抗潮、抗腐蚀性俱佳等多项优势；亦可实现厘米级精确定位。

区别于常规的UWB模组，上述两款产品在设计上均采用了SiP（System in Package）系统级封装。

众所周知，是由于各式各样的移动终端在产品小型化、轻薄化的趋势愈发明显，同时也致力于实现更多元化的功能和应用，SiP技术才应运而生。而UWB+SiP的设计，能够使产品与消费电子市场小型化的需求更加契合。

歌尔微电子对集微网表示：“之所以采用SiP 技术开发UWB模组，主要是基于三个方面的考量。一是在UWB电路有很多外围器件，通过SiP技术可以很好地实现产品的小型化设计，缩小模块的尺寸；二是由于UWB产品频率较高，工作在3.1GHz至10.6GHz，射频设计和调试的难度较大，通过SiP技术实现模块化，可以提升产品的性能，减少终端产品开发调试周期；降低产品的开发难度，加快产品的开发上市；三是因为UWB射频信号需要电磁屏蔽，而常规的金属屏蔽罩屏蔽方式体积大，重量更重；采用CFS共形屏蔽，可以在满足屏蔽效果的情况下，不增加体积和重量。”

据悉，歌尔微电子基于不同的客户需求和产品应用，将SiP技术和UWB技术进行组合，推出了多款产品从而应对各类应用场景，可供客户进行选择使用。目前，该公司的超宽带SiP模组已具备量产能力。

此外笔者还了解到，上述两款UWB SiP模组产品均采用了超小型LGA封装，通过这样的封装方式，从体积、散热性能、组装成本以及量产良率四个方面对产品进行改善。

基于LGA封装，模组内部的Pad印锡直接与PCB连接，更大程度降低成品组装后的高度；得益于LGA焊盘焊接面积更大，焊接强度更高，即便终端同时运行多项功能，也能够表现出较好的散热性能；此外LGA封装方式还能够减少后续的植球工艺，以此降低模组的组装成本；最后是在EMI shielding阶段，LGA封装可降低Sputter工站溢镀的风险，从而提升产品综合良率。

除了前述产品和技术层面的优势外，引起笔者关注的还有两款超宽带SiP模组采用“模组&EVK&算法开发套件”的开发模式，能够有效缩短终端的产品开发周期。

将“模组&EVK&算法开发套件”组合具体展开来看，首先EVK能支持USB、串口两种通信方式，通过LCD能实时显示测量的距离和角度变化；其次，算法方面支持PDoA二维定位，能实时显示x,y轴坐标，同时也支持TWR、TDOA测距定位算法，让测距精度能达到10cm左右。

最后在终端拿到开发套件后，可以直接评估UWB SiP的相关性能，并且由歌尔微电子提供相应的SDK,无需重新搭建工程，无需编写驱动，直接在现有例程进行算法开发或移植，大大缩短周期。不仅如此，在EVK上有所有IO口以及电源接口，方便硬件和软件工程师调试。同时EVK上有射频连接座，终端厂只需要外接转接线连接测试设备就可测试射频特性。

综上来看，这套“组合拳”其实是从软件和硬件两个面向去优化产品的便携性和易用性，从而协助加快终端的开发进度，这一点对于日新月异的消费电子市场无疑是十分重要的。更高效的完成对产品开发甚至迭代升级，显然也更利于终端厂商在竞争中占据有利地位。

两款产品实现全场景覆盖

前文提到，UWB GSUB-0001主要面向智慧工厂、智能交通、智慧零售、智能家居、标签等场景。与传统消费电子相比，这些在IoT技术孕育下蓬勃发展的新兴市场对于数据传输的要求也在发生改变。

歌尔微电子向集微网介绍到：“例如：智慧工厂要求实现越来越多的无人化生产制造，包括物流的场内运输、机器设备的自动移动归位等；在智能交通领域，需要实现高等级的自动驾驶，汽车根据交通情况自动调整交通灯等；而智能零售行业中，还出现越来越多的场景要求用户实现方便的自助服务......这些新的需求新的场景，都依赖于终端能更精准判断目标位置和信息。同时，这些新兴市场对产品开发周期和投入应用的时间也进一步缩短。”

面对上述IoT领域日益多元且复杂的场景需求，歌尔微电子一方面是通过UWB技术实现厘米级的定位，能够更大程度提升终端捕捉和判断目标信息的准确性；另一方面则是结合SiP技术，协助终端厂商缩短产品开发周期，实现快速部署应用的目标。

除了与UWB GSUB-0001一样支持IoT领域的多项应用，UWB GSUB-0002面向的场景中还包括智能穿戴类的终端产品。

目前，可穿戴产品能大致区分为耳戴设备（TWS耳机等）、腕式设备（智能手表、手环等）以及头戴设备（AR/VR等）三类。虽然主要面向的应用不尽相同，但眼下三类产品却都处于场景缺乏创新、设备小型化和长效续航无法兼顾的瓶颈当中。UWB GSUB-0002结合UWB技术能够提升定位精度和SiP能够实现小型化的两大特性，赋予穿戴类设备更多的可能性。

“利用UWB技术能判断准确的位置信息，在穿戴设备上实现门禁打卡、员工考勤以及某些场景下的室内导航（商场、地下停车场、医院等）； 另外SiP的小型化优势可以进一步缩小穿戴产品主板尺寸，给电池预留更大的空间，提升续航减小尺寸带来更好的用户体验。”

不仅如此，通过在模组中集成G-sensor，使得UWB GSUB-0002能更有针对性的满足一些对功耗要求严苛的应用场景，例如：标签。这类产品往往是依靠纽扣电池供电，功耗就显得尤为重要。不同于其他传感器，G-sensor本身就具备低功耗的特性。

据悉，UWB GSUB-0002模组依靠G-sensor感知数据，可以判断设备是否有位置的变动，当位置发生变动时，G-senor会通知主控进行定位数据的刷新。如位置无变动，则主控与UWB芯片均处于深度睡眠状态，从而节约功耗，延长纽扣电池的工作时间。