苹果AirPower无线充电底座或将于3月正式开卖

格菲投资2020-06-29 16:11:07

前言

投资是一场漫长的苦旅,生于忧患,死于安乐;

耐得住寂寞、承受住孤独,在不断地纠错中成长。

无线充电充满遐想

近日, Apple Post 发文称,一位来自美国大型电子零售商百思买的匿名人士向他们透露,AirPower 和 AirPods 无线充电盒上市在即,下个月苹果就将开始大规模铺货。据他介绍,苹果将会在同一天时间内开始这两款产品的线上、线下销售,这也是苹果一直以来的策略,就像过去 Apple Pencil 开售时一样。

相比目前市面上的无线充电底座来说,苹果的AirPower更加出色,其是市面上首款通过Qi标准对多台设备同时进行感应式充电的配件,这对于多款无线充电设备来说,绝对是很有用的。

但是在苹果新推出的AirPower身上,我们看到Apple Watch、AirPods收纳盒以及新iPhone都可以同时放到AirPower上进行充电。

如果消息属实的话,那么对于iPhone 8、iPhone 8 Plus和iPhone X用户来说,终于可以购买到苹果官方的无线充电底座了。当然,目前这一切只是内部消息,虽然说是3月但是还没确定具体的时间。对于苹果用户来说,现在我们能做的事情就是耐心等待了。

  美国要搞智能制造,特朗普减税吸引制造业回归美国,而中国十九大之后要搞先进制造,中美两大国都要搞智能制造(智能制造和先进制造是同一个意思)。各位想想,电子零组件将来的趋势在哪里?所以说“模组化”趋势不是开玩笑的,未来就是“模组化” 大者恒大、强者恒强,将来资源也会倾斜,会越来越集中在大厂身上;小而美、小而省的时代已经结束,还在做“单一” 零组件的厂商,特别是在无线化、少/无孔化、去金属化等趋势下,如果没有进阶到“模组化”,将来的风险只会越来越高。


     国内像是信维通信、立讯精密、瑞声科技(港股)等3家零组件“模组化”趋势已经很明显、形成三足鼎立局面,明年第4家欧菲科技(我们说过“欧菲光” 不会只局限在既有业务,它一定会转型成模组厂,说不定连名字都会改掉)预料也会冒出来加入“模组化”战局,共同形成四大天王。既然叫做大者恒大,将来的估值只会更贵!另外,国家队战略第一梯队业已成形,中芯国际(港股)、三安光电、京东方A,也已共同形成大市值战略公司。


    再看短期内的股价走势。4Q17基本面都优于3Q17,明年1Q18也不会太差,A股电子前期调整幅度较大,近期买点也因此浮现,为跨年度行情留下伏笔。而iPhoneX现阶段依然看“产量”,元旦之后看“销量”;在2~3月陆续满足iPhoneX的刚性换机需求之后,就要考验这么贵的价格还有多少吸引力,3月份“销量”有可能出现下滑,适逢部分机构也不想抱股过年(大年初一是02/16),因此预料电子股相对高点会落在2月份、春节前。

 

长期来看,除了“模组化” 之外,明年相当确立的5G射频器件、隔离器件、塑料屏蔽件(去金属化)、无线充电,也都是值得关注的投资议题,各位第一个想到的会是信维通信,而我们预料它将来会大量采用不少雷射激光制程工艺,所以连带让大族激光顺便充满想像空间。


手机无线充电浪潮汹涌,中长期产业前景更加辽阔


  除了苹果,LG新机也纳入无线充电,华为、Oppo、Vivo、金立、努比亚、魅族…等国产品牌也都蠢蠢欲动、暗潮汹涌,无线充电手机浪潮一触即发,预料明年2018年将有一半以上的手机搭载无线充电,发展前景广阔。


     无线充电虽然三星最早推广应用,但三星的方案存在充电速度太慢、发热量过大、仅限点对点充电…等问题,用户体验不佳,不过随着无线充电技术的发展,相关问题陆续获得解决。标榜高端形象的苹果今年3款iPhone都将全面导入无线充电,顺势将无线充电提升到另一个新的台阶,而且苹果甚至还可能进一步将无线充电和快速充电结合,2019年的iPhone9也许就看得到。


     去年苹果iPhone7把3.5mm耳机接口取消、推出无线耳机仅仅是第一步,未来不管苹果或是非苹果手机设计方向,将全面导向「全面屏 + 窄边框+ 无孔洞 + 无线充电 + 无线耳机 + 全面防水 + 支持5G」等综合方案发展;2019年的iPhone9除了结合无线充电和快速充电之外,预料也将推出全机身无任何孔洞的方案(所以玻璃机壳不一定是最好的方案,但也算不错的选择,然而陶瓷机壳不会是最终方案),未来5G手机用电量将明显增加,电池续航力是最大的问题。目前出现所谓“共享充电宝” 概念,试图从共享经济的角度来解决手机电力续航的问题,但将来如果基于无线充电的共享商业模式,也许将更具价值和前景。


      汽车搭载手机无线充电的构想也没停过,2016年初无线充电联盟WPC宣布,全球共有34款汽车提供车上无线充电的功能,随着技术的成熟及标准的规范,越来越多的车型都将陆续搭载手机无线充电功能。  


    「无线充电 + 物联网 + 大数据」,无线充电生态网络呼之欲出,无线充电盛宴亦将开启。可预见的未来,将出现各类无线充电运营商,在诸多店家、商场、酒店、机场…等公共场所安装无线充电器,为使用者提供无线充电服务并收取费用。无线充电运营商同时可以藉此掌握客户资料,并通过大数据分析,实现精准营销及增值服务。


     我们看好无线充电在手机、智能终端及可穿戴设备领域的发展,重点推荐:信维通信(为三星接受端核心供应商,预料切入苹果线圈方案)、立讯精密(本来就是苹果发射端核心供应商,预料切入苹果接受端线圈方案)、安洁科技(无线充电散热模组)、横店东磁(接受端铁氧体磁片);建议关注:田中精机(绕线机)、东尼电子(发射端线圈)、飞荣达(无线充电散热石墨材料)、顺络电子、硕贝德。


苹果持续加码无线充电,带动无线充电芯片订单量爆增?


尽管智能手机无线充电功能并非是新应用,早前Android阵营手机品牌厂商也有尝试过,但苹果正式导入无线充电功能全面引爆市场回响。IC设计厂商纷纷指出,过去无线充电板产品市场单月需求量仅约几十万台规模,在苹果手机的带领下,使得近期大陆无线充电板市场需求明显跳上每月100万台规模,且还在不断往上走高。

  同时,2018年新款iPad与Apple Watch也可望往上升级配备无线充电功能,引爆其他消费性电子产品同步升级规格。业内人士指出,2018年全球无线充电芯片市场规模可望再往上倍增,甚至可能大增达2~3倍规模,对于已提前布局无线充电市场的IC设计厂商而言,纷看好后续订单成长力道将相当强劲。

  日前,盛群半导体资源管理中心副总经理李佩萦表示,在2017年9月苹果发布iPhone 8、iPhone X搭载WPC的Qi规格无线充电之后,合作厂商对于相关MCU的询问度明显提高,盛群无线充电MCU方案预计在2017年第四季度出货量将突破100万颗,2018年市场估计将呈倍数成长。兆易创新资深产品市场经理金光一也赞同,iPhone的采用将使得明年无线充电市场有爆发增长的机会,目前兆易创新的无线充电方案也在陆续出货中。有业内人士对集微网透露,大陆某客户大胆预估明年其无线充电产品的出货在千万量级,足见市场热度。

  实际上,在无线充电市场中,MCU(微控制器)一直扮演着举足轻重的角色。随着越来越多的终端厂商投入开发各种具备无线充电功能的设备,同时也在提升相关硬件模组的出货量。根据IHS报告预估,到2017年底,全球无线充电接收装置出货量可达到3.25亿台,较2016年增长近40%,预计近两年无线充电将迎来爆发,年复合增长率将超50%;2019年无线充电市场规模将突破100亿美金,终端渗透率达到60%,到2024年市场规模接近千亿元人民币。

  在iPhone 8系列手机的带动下,目前包括小米、华为、金立、锤子、Nubia、荣耀、VIVO等国产手机均已投入无线充电产品预研,预计明年将会有更多带有无线充电功能的手机上市。苹果手机、平板及手表等全线产品对无线充电功能的导入,加上安卓终端设备的快速跟进,必将带动2018年全球无线充电市场的新一波增长。

无线充电原理 

实现无线充电技术主要通过四种方式:电磁感应式、磁场共振式、无线电波式、电场耦合式: 

2.1 电磁感应式

1890年,物理学家兼电气工程师尼古拉·特斯拉就已经做了无线输电试验,实现了交流发电。

迈克尔·法拉第发现电磁感应原理,电流通过线圈会产生磁场,其他未通电的线圈靠近磁场就会产生电流。 

图:电磁感应式原理 

电磁感应式充电:初级线圈一定频率的交流电,通过电磁感应在次级线圈钟产生一定的电流,从而将能量从传输端转移到接收端。目前最为常见的充电垫解决方案就采用了电磁感应,事实上,电磁感应解决方案在技术实现上并无太多神秘感,中国本土的比亚迪公司,早在2005年12月申请的非接触感应式充电器专利,就使用了电磁感应技术。 

电磁感应式是当前最成熟、最普遍的无线充电技术,原理有些类似于变压器。 

图:电动汽车无线充电原理

2.2 磁场共振式

图:磁场共振方式原理 

磁场共振充电由能量发送装置,和能量接收装置组成,当两个装置调整到相同频率,或者说在一个特定的频率上共振,它们就可以交换彼此的能量,是目前正在研究的一种技术,由麻省理工学院(MIT)物理教授Marin Soljacic带领的研究团队利用该技术点亮了两米外的一盏60瓦灯泡。该实验中使用的线圈直径达到50cm,还无法实现商用化,如果要缩小线圈尺寸,接收功率自然也会下降。

相比电磁感应方式,利用共振可延长传输距离。磁共振方式不同于电磁感应方式,无需使线圈间的位置完全吻合。应用:意法半导体与WiTricity合作开发谐振无线电能传输芯片意法半导体(简称ST)与超长距离无线电能传输技术先驱WiTricity公司,宣布合作开发电磁谐振式无线电能传输半导体解决方案。此方案支持消费电子和物联网设备快速无线充电,并支持多个设备同时充电。这个电磁谐振无线电能传输芯片被称为“无线充电2.0”,与现有无线充电技术不同的是,这款芯片能够给金属外壳的智能手机、平板电脑和智能手表高效充电。 

2.3 无线电波式

无线电波式充电:这是发展较为成熟的技术,类似于早期使用的矿石收音机,主要有微波发射装置和微波接收装置组成,可以捕捉到从墙壁弹回的无线电波能量,在随负载作出调整的同时保持稳定的直流电压。此种方式只需一个安装在墙身插头的发送器,以及可以安装在任何低电压产品的“蚊型”接收器。整个传输系统包括微波源、发射天线、接收天线3部分;微波源内有磁控管,能控制源在2. 45 GHz频段输出一定的功率 

图:无线电波充电示意图 

应用:AirVolt无线充电器AirVolt是一款利用无线电波给移动设备进行充电的无线充电器。和同类型产品一样,它的效率要比有线充电低一些。AirVolt充电头通电后可以将电能转化为电磁波,接收器获取后会将电磁波又转化为电能为手机充电。当电量充满到80%时就会自动停止充电, 低于20%时又会自动充电, 既保证了手机最佳电量又不会导致过度充电, 增加了电池使用寿命。 

AirVolt由 TechNovator公司开发, 需要充电时只要将接收器插进手机, 再将充电头插上插座就能进行远程无线充电。最佳充电距离是9米之内,而最远距离可达12米,躲到屋里任何一个角落都能充电!接收器和充电头体积都足够小,充电速度就比普通充电器慢一些。有Lightning 或 Micro usb两种接口选择, 满足不同需要。2.4电场耦合式电场耦合式充电原理:利用通过沿垂直方向耦合两组非对称偶极子而产生的感应电场来传输电力。一般充电模块是由2个非对称偶极子按垂直方向排列而成的,这组偶极子各由供电部分和接收部分的活性炭电极和接地电极组成。无线供电模块就是通过这2个非对称偶极子的电场耦合而产生的感应电场来供电的。电场耦合方式的特点大致有三:①充电时可实现位置自由,②电极薄,③电极部的温度不会上升。因此不仅能够提供便利性,而且还可降低系统成本。目前已试制完成为平板终端及电子书等便携终端进行无线供电的供电台。3.现有解决方案分析:国外研发无线充电技术(包括芯片/方案/发射接收器件)的企业主要包括了IDT、TI、Freescale、高通、博通、NXP、Fulton、Energous、Delphi、松下、东芝、富士通等。国内则有中惠创智、新页、中兴、劲芯微、美嗒嗒、微鹅、斯普奥汀、华润矽科、新捷、伏达、以及台湾凌阳等。在无线充电发射器上放置不同的接收器,接收器可为不同的装置从小电力的耳机到大功率的笔记型计算机,因此一个成熟的解决方案首先应该要能检测到对应不同的目标物;而每个接收装置的电力需求会有所不同,这时发射器需要能自动调节功率输出进行供电。一般无线充电步骤分为:检测、通信、供电三个阶段:(1) 检测阶段:识别可供电设备及异物(FOD)当接收器放置在发射器工作范围内,发射器检测是否是一个接收器靠近 

(2) 通讯阶段:进行身份认证

发射器发送数据包,并且为接收器供电启动接收器,之后接收器回复响应数据完成身份的认证 

(3) 充电阶段:进行电能传输在身份认证后,发射器根据接收器的设备类型,选择相应的功率等参数,为接收器充电 

以Qi标准为例,整体流程如下: 

图:Qi标准通讯流程 

现今无线充电系统都采用共振的方式进行设计,在架构上都大至相同有下列这些构造:

发射器内有 

  • 直流电源输入 

  • 频率产生装置 

  • 切换电力的开关 

  • 发射的线圈与电容谐振组合 

  •  

接收器内有 

  • 接收的线圈与电容谐振组合 

  • 整流器; 

  • 滤波与稳压器 

  • 直流电源输出

3.1 IDT无线IC方案

图:IDT无线发射与接收IC 

IDT公司的无线充电技术解决方案具备高集成度,提供单芯片SOC解决方案,支持QI-LOGOWPC认证,并且兼容POWERMATE模式;具有加密通讯(FSK、ASK实现),异物检测模式功能。IDT目前是英特尔整个平台无线充电技术唯一的合作伙伴。现已有多家厂商使用IDT无线充电解决方案。IDT的无线充放电IC在无线充电效率在15W时最高可达87%,提高了系统的热性能,可以媲美传统的有线充电架构。其内部处理器基于32位ARM Cortex-M0架构,通过I2C通讯控制,并且提供了扩展的数字IO引脚以及相关软件库。

图 :IDT无线充电解决方案原理 

成本评估参考: 

芯片 价格 

P9242−RNDGI(15WTransmitter) $4.4 

P9221-RAHGI8 (15W Receiver) $3.2

P9038−RNDGI(5WTransmitter) $3.9 

P9025AC-RNBGI (5W Receiver) $ 3.2

3.2 恩智浦MW系列无线充电IC方案:恩智浦提供的解决方案涵盖5 W的低功耗产品到15 W的中等功耗产品,适用于消费电子、工业控制和汽车电子市场,包含发送器/接收器控制器IC、相关软件、评估板和参考设计。该软件包含实现核心充电功能所需的全部资源,还提供了用于定制和增加功能的API。 

图:恩智浦MW系列无线充电IC 

成本评估参考: 

3.3 TI (BQ系列)无线充电方案

TI是最早量产无线充电方案公司。其中10W无线充电解决方案中,从发射端输入到接收端输出效率可以达到84%。 

接收器功能框图: 

发射器功能框图: 

此外,TI推出的第三代无线电接收器芯片bq51020和bq51021,以及世界第一个达到WPC1.1和PMA标准的双模型集成电路bq51221,这些接收器解决方案已达到96%的超高效率。从而完全消除了在5W的条件下,应用于智能手机及其他便携式设备中全面运转的散热问题。成本评估参考:发送器:

接收器: 

3.4 东芝无线IC方案东芝公司旗下存储与电子元器件解决方案公司也有宣布,使用东芝“TC7718FTG”15W无线充电发射器IC的无线充电发射器系统经认证符合无线充电联盟(WPC)制定的Qi v1.2 EPP(扩展功率分布)标准。该系统采用支持简单系统配置的MP-A2 (由无线充电联盟定义的使用12V单线圈的无线充电发射器系统) ,通过Qi认证的MP-A2发射器系统。东芝推出无线充电接收器IC——“TC7766WBG”,该产品经认证符合无线充电联盟(WPC)制定的Qi v1.2 EPP(扩展功率分布)标准。TC7766WBG是通过Qi认证的15W接收器IC。4. FAQ及相关测试结果1、人体危害:当电磁波频率加到1GHz以上就会直接对水分子加热;这个原理就变成微波炉了,所以无论13MHz会对金属加热或是1GHz以上直接伤害人体,无线电力在设计时必需解决安全的问题才能上市2、发热:接收端5W的需求在只有20%的转换效率下有20W的能量转换成热能散逸,这样的能量会产生庞大的热能会导致系统温度大幅上升,在这样的推算下,系统最大输出能力会在25W,若为无安全设计下于发射器上放置金属异物可能会导致火灾意外。因此有必要做设备识别。3、充放电效率问题:发射端输入电压为5VDC,接受线圈之间距离为3cm,接收端通过接受线圈获取电能,通过整流滤波形成稳定的5v直流电。 

 4、互感影响:垂直距离和水平位置影响

5、距离以及线圈大小对充电效率的影响。远距离(相隔一定的空间)的感应电能传输效率非常低,而在设备附近(例如表面)进行的感应电能传输则可以真正做到高效,其效率可与有线传输比拟。 

距离越大(z/D > 1)或线圈大小差距越大,效率降低的幅度越大

距离越小(z/D < 0.1),线圈大小越接近(D2/D = 0.5..1) ,效率越高6、功耗问题。与2相同条件下,发射端待机功耗:

现在的智能手机缺乏创新,影响了手机的整体出货量和前景。据IDC的数据显示,全球智能手机2017年出货量接近15亿部,但这是自2007年苹果推出iPhone以后的首次回落。Strategy Analytics随后发表的报告也表示,去年第四季,全球智能型手机出货量创出了有史以来的最大年增率跌幅。根据Strategy Analytics的观点,这主要是由中国市场大跌所导致。主要就在于中国市场由于手机更换周期变长,营运商减少补贴,缺乏令人惊叹的机型,中国消费者的购机需求大跌了19%。归根到底就是缺乏了创新。



曾经多点触摸屏、指纹识别带来的那种惊艳,已经很久没有见到了,直到去年iPhone X的亮相,半导体和手机厂商似乎又找到了新的“激情”。


从iPhone X的构造上看,全面屏、OLED、3D 面部识别和无线充电是最大的吸引点,而现在的安卓阵型也将蠢蠢欲动,大力推动这几大特性在安卓手机的普及。也就是说,这些催生的新需求将会为半导体产业带来一些新贵。



以苹果iPhone X为例,从Techinsights的拆解我们可以看到,在苹果的Face ID系统中,红外相机和ToF由ST提供、OLED屏幕和驱动由三星提供、OLED屏幕PMIC由TI提供、环境光传感器来自ams、无线充电芯片由博通提供,当中最重要的一个部件就是Dot projector,这是成就苹果Face ID功能的关键部件。



据介绍,在该方案中,使用高功率的垂直共振腔面射型激光发射红外光激光,经由晶圆级光学(Wafer Level Optics,WLO)、绕射光学元件(Diffractive Optical Elements,DOE)等结构,产生大约 3 万个“结构”(Structured)光点投射到使用者的脸部,利用这些光点所形成的阵列反射回红外光相机(Infrared camera),计算出脸部不同位置的距离(深度)。其中的WLO光学镜头就是ams供应的。



除了以上的机会外。在即将到来的5G方面,也有一批新的厂商迎来巅峰。谈到5G,射频前端会是一个重要的考量,例如在滤波器方面,BAW将会迎来更多的基于。在PA方面,砷化镓和氮化镓PA也将携手并进。在基带方面,Intel也获得了一席之地。再加上人工智能的引入,很多“新”厂商会在新一代智能手机中受益。