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        【干貨分享】芯海電子煙全場景IC帶來極致的用戶體驗
        時間:2021-01-08? ? 來源:

        18日,由艾邦智庫主辦的第六屆電子煙暨低溫本草產業高峰論壇在深圳沙井維納斯皇家酒店舉行,業界專家朋友共聚一堂,共同探討電子煙與低溫本草行業未來發展之路及新材料、新技術、新工藝、安全檢測、防偽、標準等熱門問題。在峰會上,芯海科技(股票代碼:688595)資深產品經理王偉受邀出席并做題為《信號鏈MCU重構電子煙用戶體驗》的演講,王偉對電子煙行業發展呈上升趨勢保持樂觀態度,分享了電子煙產品技術發展中遇到的問題及芯海的技術嘗試、解決方案,并對AIoT未來會給電子煙帶來的影響進行設想,他表示物聯網最重要的是分布式感知能力,未來家里所有的傳感器都可以為任何終端服務。


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        芯海科技資深產品經理王偉發表主題演講


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        芯海科技資深產品經理王偉發表主題演講


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        峰會現場


        2020年對電子煙行業來說是不平常的一年,在2019年底參加研討會、聚會時,大家普遍比較悲觀,交流是的關鍵詞是“報團取暖”。經過2020年上半年的低谷,下半年各大電子煙企業都交出了不錯的答卷,公布的業績看起來都非常漂亮,芯海科技2020的業績數據也表現不錯,電子煙市場復蘇得非常快。


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        從電子煙十幾年的發展之路來看,總體比較曲折,未來的電子煙市場是否將持續保持增長還是未知數,但從電子煙的用戶數來看,無論電子煙還是IQOS用戶都在保持高速增長,王偉判斷電子煙已經成為剛需,并對電子煙行業發展保持非常樂觀的態度。


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        電子煙行業是受政策影響非常明顯的行業,根據FDA最新報告,2020年美國中學生電子煙使用率大幅下降,說明監管起到了一定的效果。未來國內政策是否有波動還不確定,但可以預見的是,防止青少年使用電子煙仍是監管的重中之重,用技術手段解決監管問題,也是從業者努力目標。


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        電子煙近期越來越回歸它的煙草本質,是煙草產品,其次,電子煙是自帶消費電子屬性的。用戶最關注的是電子煙的口感、質量以及體驗,從MCU產品角度分析,影響電子煙口感和用戶體驗的因素有霧化功率(如何保證霧化功率的精度和一致性 )、霧化溫度(如何精準的測量和控制霧化溫度)、瞬態性能(尤其在大功率電子煙上瞬態性能將對口感產生較大影響)。AIoT在2020年趨勢非常明顯,芯海也在思考物聯網時代將會對整個電子煙產品帶來什么變化及影響。


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        芯海科技成立于2003年9月,創業之初最先做的產品是ADC,所以對MCU精度要求特別高,芯海做了評估的模型來測算誤差,通過分析可以看到影響電子煙功率控制的關鍵指標是ADC的INL和內部基準精度及溫漂。在看MCU指標時,會有基準的精度以及基準的溫漂,精度可以通過各種方法進行補償,溫漂是比較難補償的,現在很多廠商對精度有較高要求,功率要求在1%左右,如果MCU的基本溫漂達不到,就很難達到這樣的功率要求。




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        CSU32M10是一款目前芯海比較暢銷的經典產品,這款MCU除了本身精度高以外,集成了60ppm的低溫漂電壓基準,實現電子煙精準的功率控制,并具有極高的性價比,已經在多家主流電子煙品牌客戶大批量出貨。


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        關于是否需測溫,行業內還存在分歧,王偉認為測溫對電子煙非常重要,電子煙積液里的丙三醇和丙二醇,在高溫下(400℃以上),會產生裂解反應,生成8種揮發性羰基化合物,其中就包括甲醛。電子煙的出廠實驗里,甲醛含量是非常關鍵的點,所以電子煙(特別是煙油的電子煙)需要將工作溫度控制在300度以內,在單燒或者其它場景下控制甲醛產生就需要用到溫度控制技術。


        最常用的技術是利用霧化器的溫度特性,霧化器有一個TCR 指標,通過數學模型計算,我們發現溫度測量的精度主要與TCR系數和ADC精度有關。假定TCR=1000ppm,RREF = 2.2Ω,R25=1Ω,12位ADC:1LSB 對應溫度誤差 ΔT= 1.3℃;4LSB精度可以達到5.2℃的理論精度,不需要額外增加器件就可以滿足常規電子煙的溫度測量控制需求。



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        CSU38F20是新一代的電子煙MCU,支持1.8~5.5V寬電壓并升級了資源,以實現更加復雜的控制和運算,并適應更多的電池類型。CSU38F20最核心的是采用新一代的ADC架構,除了傳統的測量方式外,支持小信號的差分測量和負壓測量,以實現電量計、地端電流采樣等功能,已廣泛應用于多種應用場景。
        2021年是加熱不燃燒的元年,加熱不燃燒對溫度要求更高,讓我們一起拭目待。
        加熱不燃燒常規的行業要求是溫度測量誤差正負5度,也有更高的要求是正負1度,所以大家在設計的時候會加一個運放,ADC需要12倍的精度才能控制達到1度左右的溫度精度。運放成本較高,且會產生外圍器件,所以我們嘗試不用運放,發揮芯海ADC的特性進行改善,用14位的ADC進行采樣,可以達到2.5~3度的精度控制,用更高精度的ADC就可以把運放省掉。


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        CS32F036是一顆高可靠信號鏈MCU,已經在電子煙、車機上批量使用,它的主要特色是ADC精度高并集成低溫漂基準,有效精度超過11bit,符合加熱不燃燒1℃的溫度控制要求。另外一個特點就是高可靠性,舉一個例子,有車機客戶反饋按喇叭時會對ADC造成強烈沖擊,產生負壓,導致MCU的整個ADC模塊失效,但芯海的產品經受住了考驗,完全不受影響,非常適合加熱不燃燒這樣對測量精度和可靠性要求都比較高的產品。


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        目前電子煙(特別是40W左右的大煙)的加熱的方式主要有兩種,一種是升降壓,通過dcdc輸出恒定電壓,效果比較好,但成本高;另一種方式是PWM斬波 ,最明顯的優勢是外圍簡單,最大的問題是炸油,如何解決炸油問題呢?電子煙斬波的頻率是幾十赫茲,在功率小的時候影響不明顯,但隨著功率加大,在加熱后期溫升快,從而產生炸油現象。業內也做了一些嘗試和實驗,把斬波的頻率提升,提高到幾k甚至幾十k赫茲的頻率,讓整個加熱功率的穩定性和一致性提升。但帶來一個問題,電子煙霧化器是帶感性的負載,實際波型會產生畸變,無法用傳統的方案測量,譬如用199來測的話,采樣帶寬大概在300K,無法滿足要求。


        利用ΣΔADC 的積分特特性,可以解決電子煙平均功率測量的問題。CSE7561是芯海科技的一顆同步采樣ΣΔADC,內部有3個ADC模塊,采樣率可達800K,可以同步測量電流、電壓、溫度等指標,并覆蓋更高的帶寬范圍,實現精準的控制,實現更好的口感效果;同時CSE7561內部還集成了算法邏輯,實現了功率計算、過載保護等功能,降低MCU的負擔。


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        王偉表示自己之前對物聯網會給消費電子帶來什么影響沒有很明確的概念,直到2020年華為鴻蒙發布后,感覺眼前一亮,腦海開始浮現物聯網落地的場景,重要的是分布式的能力,體現在分布式的人機交互、算力、安全處理、感知能力。
        現在電子煙的大煙上有一個小屏,因為屏太小,不管加不加觸摸都很難用,通過鴻蒙的應用場景進行設想,手機跟電子煙一接觸,可以即刻通過手機對電子煙進行交互控制,再進一步設想家里的電視、平板電腦、任何屏幕、任何輸入終端都可以電子煙進行交互控制將整個設備的控制和交互完全分離。
        手機的算力、智能處理能力越來越強,現在的電子煙也已經不滿足于簡單的8位MCU,很多用M0M4,對算法的處理越來越多,可以預見到,未來電子煙會根據用戶的習慣進行不同的算法處理,如果完全依靠電子煙本身的算力,將產生較高成本,如果能利用家里電視、手機等分布式的算力,將取得很好的效果。
        防止青少年吸煙,在電子煙的監管里,有一種方式是電子煙要通過藍牙連接到手機,通過安全控制才能使用未來我們否將安全控制分布式的,通過手機、手表、手環任何備的算力都可以進行安全控制去實現系統的安全監管
        目前電子煙的所有測量都是根據電子煙設備內部溫度、壓力進行未來是否可以根據環境某些特性,比如空氣溫度、濕度等對電子煙進行調整,王偉表示是在物聯網最重要的分布式感知能力家里所有的傳感器都可以為任何終端服務。
        2019年芯海跟傳感器伙伴合作在加熱不燃燒產品上實現了壓力按鍵。2020年芯海推出了全新的信號鏈MCU系列——CSA32F7X,這個系列最大的特點是集成14~16位的ADC和高性能模擬前端,無需復雜的外圍器件,即可支持高精度功率控制、溫度控制、觸控按鍵、氣壓檢測、電容檢測等多種功能。


        技術創新是電子煙行業發展的重要驅動力,芯海科技作為全信號鏈IC領軍企業,提供高集成度的芯片用于解決電子煙產品對高密度集成、功率電路應用、安全性、可靠性等需求,為設計者提供不同功能、不同成本的解決方案,和悅刻、麥克韋爾、柚子、唯它、合元、吉瑞、思拓微等品牌客戶建立了深度合作并得到認可。未來,芯海將結合在信號鏈領域的積累,發揮測量、控制、功耗上的優勢,在細分市場整合推出更有競爭力的產品,!


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