终于用上黑科技的半导体材料 充电器要越做越小了

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▲毫米波雷达在 ADAS 系统中的应用
　　毫米波雷达关键技术被外商垄断，集中度较高。在全球毫米波雷达市场上，占主导地位的是德国、美国、日本等国家。目前毫米波雷达技术主要由大陆、博世、电装、奥托立夫、Denso、德尔福等传统零部巨头所垄断；其中，77GHz 毫米波雷达技术被垄断于博世、大陆、德尔福、电装、TRW、富士通天、Hitachi 等公司手中。2016年，博世和大陆全球毫米波雷达市场占有率均为 17%，并列第一；电装、海拉并列第二，市场份额为 11%，采埃孚占据 8%，德尔福占据 6%，奥托立夫占据 4%。前七大供应商巨头市场占有率达到 73%。
▲毫米波雷达海外主要供应商及产品
　　国内毫米波雷达依赖进口，受限国外技术封锁，24GHz 毫米波雷达是主流方向。目前中国市场中高端汽车装配的毫米波雷达传感器全部都依赖国外进口，市场被美、日、德企业垄断，价格昂贵，并采取了技术封锁，自主可控迫在眉睫。　　
　　国内自主车载毫米波雷达产品总体仍处于研制阶段。考虑到研发成本和 　　77GHz 开发技术受限，目前国内厂商对于毫米波雷达的研发方向集中于 24GHz。国内市场上，24GHz 毫米波雷达的产品体系已经相对成熟，供应链已经相对稳定，24GHz 的核心芯片能从英飞凌、飞思卡尔等芯片供应商获得。据麦姆斯咨询研究表明，2016 年中国汽车预装毫米波雷达的数量达到 105 万个，其中 24GHz 雷达占比 63.8%，77GHz 雷达占比 36.2%。
　　根据测算，毫米波雷达 2019、2020 年以及 2025 年市场规模可以达到 4.7 亿元、36亿元、80 亿元。2017-2025 复合增长率达到 58%左右。
　　2、激光雷达：L3-L5 自动驾驶中的关键
　　激光雷达是一种综合的光探测与测量系统，通过发射接受激光束，分析激光遇到目标对象后的折返时间，计算出目标对象与车的相对距离。目前常见的有 8 线、16 线、32 线激光雷达。激光雷达线束越多，测量精度越高，安全性越高。激光雷达并不是新鲜事物，早已在航空航天、测绘等领域进行了应用。随着汽车智能化的发展，L3 级别自动驾驶中开始应用激光雷达，由于其高精度、实时 3D 环境建模的特点将成为 L3-L5 阶段中最为关键的传感器。
▲激光雷达工作原理
▲Velodyne HDL-64E 激光雷达 3D 呈像
　　激光雷达固态化是未来趋势，存在小型化、低成本优势。业内降低激光雷达成本主要有两个方式：1）取消机械旋转结构、采用固态化技术根本性降低激光雷达成本。固态激光雷达体积更小，方便集成，并且系统可靠性提升，因此激光雷达有向固态发展的趋势。2）降低激光雷达线数，组合使用多个低线数激光雷达。从机械旋转式过渡到混合固态再到纯固态激光雷达，随着量产规模的扩大、技术迭代更新，成本不断降低，激光雷达也在不断向小型化、低功耗、集成化发展。
▲Quanergy S3 固态激光雷达
　　激光雷达的核心技术主要掌握在 Velodyne、Ibeo、Quanergy 三家企业中。美国Velodyne 的机械式激光雷达起步较早，技术领先，最新已推出 128 线原型产品VLS-128，同时与谷歌、通用汽车、福特、Uber、百度等全球自动驾驶领军企业建立了合作关系，占据了车载激光雷达大部分的市场份额。
　　Google、百度、福特、奥迪、宝马等各企业相继采用激光雷达的感知解决方案。宝马声明联手激光雷达创企 Innoviz 研发无人驾驶汽车，预计 2021 年推出。根据个公司官网激光雷达产品价格，单车激光雷达传感器价值在 3~8 万美元之间。
　　短期内激光雷达不会大规模应用于汽车领域。尽管自动驾驶加速发展给激光雷达行业创造了较好的应用前景，但是激光雷达自身发展的诸多痛点却限制了其在自动驾驶汽车上的应用。限制因素主要有三个方面：1）成本高昂。激光雷达龙头 Velodyne16线产品 0.8 万美元，32 线产品 4 万美元，64 线产品约 8 万美元。高昂的产品价格也抑制了激光雷达在自动驾驶车辆中的应用。2）难以量产、交货周期长。Velodyne64线产品生产周期要 4-8 周，32 线和 16 线也要 2-4 周，为了保证激光雷达传递接受信号的精准性，其复杂的组装和调校过程拉大了其交货周期。3）缺乏相关车规。目前自动驾驶只是一个前瞻性的概念，具体还没有实践，没有相应的政策法规的强制性要求，这在一定程度上也限制了激光雷达在自动驾驶领域的普及。
　　3、超声波雷达：自动泊车系统的主流传感器
　　超声波雷达的工作原理是通过超声波发射装置向外发出超声波，到通过接收器接收到发送过来超声波时的时间差来测算距离。超声波雷达在自动驾驶中，其基础应用为泊车辅助预警以及汽车盲区碰撞预警功能。超声波雷达成本低，短距离测量中具有优势，探测范围在 0.1-3 米之间，而且精度较高，因此非常适合应用于泊车。但测量距离有限，且很容易受到恶劣天气的影响。
▲超声波雷达工作原理
　　自动泊车普及激发超声波雷达需求。超声波雷达一般安装在汽车的保险杠或者侧面，前者称为 UPA，一般用于测量汽车前后障碍物，后者称为 APA，用于测量侧方障碍物。APA 超声波传感器是自动泊车辅助系统的核心部件，探测距离较远，可用作探测车位宽度，获得车位尺寸及车辆的位置信息。超声波雷达主要应用于倒车雷达，以及自动泊车系统中近距离障碍监测。倒车雷达已经由高端车型下沉到中低端车型，渗透率较高，前装率达 80%左右。倒车雷达系统通常需要 4 个 UPA 超声波雷达，自动泊车雷达系统需要 6-12 个超声波雷达，典型配置是 8 个 UPA+4 个 APA。
▲超声波雷达在汽车中的应用
▲UPA、APA 超声波雷达比较
　　超声波雷达技术方案各有优劣，模拟式雷达占据主要市场。超声波雷达的技术方案，一般有模拟式、四线式数位、二线式数位、三线式主动数位四种，其在信号干扰的处理效果上依次提升。四种技术方案在技术难度、装配以及价格上各有优劣。目前市场上使用较多的是“模拟式”技术路线，其优点为产品成本低，但易受外界环境干扰。未来智能化趋势下，“数位式”技术路线会更受欢迎。“数位式”技术路线下，信号数字化，可以极大程度地提高雷达的抗干扰能力，但成本较高，技术难度大，现阶段的工艺水平只能多数采取四线式做法。
▲超声波雷达 4 种技术路线方案
　　超声波雷达市场主要由博世（BOSCH）、日本村田（Murata）、日本尼赛拉（Nicera）等占据，国内奥迪威和同致电子具有较高的竞争力。奥迪威是国内领先的超声波传感器生产商，2016 年奥迪威车载超声波传感器的销量为 2627 万个，全球车载超声波传感器的市场容量约 27400 万个，奥迪威的车载超声波传感器占全球乘用车市场份额的 9%。奥迪威的第一大客户是中国台湾同致电子。中国台湾同致电子其核心产品为倒车雷达，2016 年其市场份额位居亚洲第一。
　　超声波中短期市场有望继续提升，长期可能会受到其他雷达传感器的替代压力。目前，后向的超声波雷达搭载率最高，达到 45.2%，“前向+后向雷达”搭载率为 28.3%，不搭载占比 26.5%。随着自动化驾驶的发展，“前向+后向”雷达有望成为搭载标配。因此，预计中短期内，超声波雷达市场渗透率将继续提升，但长期来看，未来搭载高级别自动驾驶车型中，部分或者全部的超声波雷达会被综合性能更好的毫米波雷达、激光雷达等替代。
根据测算，2019、2020 年、2025 年超声波雷达的市场规模分别将达到 42亿元，87 亿元，192 亿元。2016-2025 年复合增长率达到 38%左右。
　　4、摄像头：ADAS 系统主要视觉传感器
　　车载摄像头是 ADAS 系统的主要视觉传感器，是最为成熟的车载传感器之一。借由镜头采集图像后，摄像头内的感光组件电路及控制组件对图像进行处理并转化为电脑能处理的数字信号，从而实现感知车辆周边的路况情况。摄像头主要应用在 360全景影像、前向碰撞预警、车道偏移报警和行人检测等 ADAS 功能中。
▲摄像头检测道路行人
▲摄像头在全景泊车系统中的应用
　　ADAS 系统配套 6 个以上摄像头。根据不同 ADAS 功能的需要，摄像头的安装位置也有不同。主要分为前视、后视、侧视以及内置。实现自动驾驶时全套 ADAS 功能将安装 6 个以上摄像头，前视摄像头因需要复杂的算法和芯片，单价在 1500 元左右，后视、侧视以及内置摄像头单价在 200 元左右。ADAS 的普及应用为车载摄像头传感器带来了巨大的市场空间。
▲摄像头安装位置及特点
　　短期内单目摄像头为主流技术路线。前视摄像头 ADAS 系统可分为搭载单目摄像头和搭载双目摄像头两种技术路线。相比单目摄像头，双目摄像头的功能更加强大，测度更加精准，但成本比较高，因此多搭载于高档汽车。双目摄像头的方案在成本、制造工艺、可靠性、精确度等综合因素的制约下，导致其难以在市场上推广，而单目摄像头低成本可靠性的解决方案，搭配其他传感器，完全可以满足 L1,L2,以及部分 L3 场景下的功能。因此在现有的市场环境下，单目摄像头的解决方案依然会是主流。
　　摄像头主要作为雷达辅助传感器。虽然摄像头分辨率高、可以探测到物体的质地与颜色，但在逆光或者光影复杂的情况下视觉效果较差，极易受恶劣天气影响，因此摄像头获取的图像信息将主要负责交通标志识别等少数领域，作为激光雷达和毫米波雷达的补充。
　　摄像头产业链可以大致划分为上游元件生产、中游模组封装集成、下游产品应用三部分。1）上游元件主要包括 CMOS 传感器、镜头组、DSP 等,上游市场中 CMOS 传感器以及 DSP 主要被索尼、三星、TI、安森美等国外企业垄断，国内企业在镜头组生产方面具有优势，其中自主品牌舜宇光学等具有较高的竞争力；2）中游封装集成包括模组封装和系统集成两部分。模组封装以及集成工艺复杂，市场被外企垄断，主要厂商有 Panasonic、索尼、法雷奥等企业。3）下游产品应用于整车厂、4S 店。
　　车载摄像头产业制作工艺要求高，认证周期长。相对于手机摄像头，车载摄像头所面临的工况更加恶劣，需要满足耐高温、抗震、防磁、稳定等多项要求。特别是应用于 ADAS 系统的前视摄像头，涉及行车安全，对可靠性的要求必须非常高，因此车载摄像头的制作工艺要求非常高。企业在成为整车厂商的一级供应商之前，需要经过大量不同种类的严格测试，一旦进入整车厂商的供应体系就会形成很高的壁垒，很难被替代，替换成本也非常高。例如，国外视觉传感器龙头 Mobileye 用了 8 年的时间从研发进入到前装市场。
　　根据测算，预计摄像头传感器 2019 年摄像头市场规模达到 150 亿元，进入 L3 阶段，2020 年和 2025 年市场规模可以达到 205 亿元和 315 亿元，2016-2025 年复合增长率达到 17%左右。

多传感器融合是必然趋势
　　ADAS 融合多种传感器，带动传感器市场发展。随着未来智能汽车比重的提升，ADAS市场将加速成长。根据高盛全球投资研究部门研究，当前全球 ADAS 渗透率普遍不高，欧美日渗透率只有 8%-12%。根据盖世汽车研究院测算，我国 ADAS 的渗透率在 2%-5%左右；从生命周期上判断，ADAS 已经实现从导入期到成长期的跨越。总体来看，智能驾驶、无人驾驶浪潮下，汽车电子化、智能化水平不断提升，ADAS 具有很大的成长空间。环境感知作为 ADAS 的硬件基础，传感器的应用必不可少，ADAS 渗透率的提升将带动车载传感器需求量的大幅增加，未来传感器的市场规模将会进一步扩大。
▲ADAS 融合多种传感器
　　环境感知传感器是汽车的眼睛，毫米波雷达综合优势突出。智能化时代背景下，环境感知显得尤为重要，不同传感器的原理和功能各不相同，在不同的场景里发挥各自的优势，难以相互替代。毫米波雷达综合优势突出，有望率先成为 ADAS 系统主力传感器。
▲各种传感器优劣势比较

▲毫米波雷达综合优势突出
　　单种传感器特性突出，均不能形成完全信息覆盖，多传感器融合是未来发展必然趋势。并且为Level3-Level5 级自动驾驶方案的实现提供了必要的技术储备。目前自动驾驶环境感知的技术路线主要有两种：一种[硬核买手]氮化镓（GaN）拥有极高的稳定性，它的熔点约为1700℃。作为目前是最优秀的半导体材料之一，GaN用作整流管能降低开关损耗和驱动损耗，提升开关频率，附带地降低废热的产生。这些特性让氮化镓应用在电源上有很好的发挥，降低元器件的体积同时能提高效率。

很多人都会抱怨：笔记本、手机等设备充电器不通用的问题，导致出差、旅游都要带上大量的充电器，不少笔记本更是要带上板砖似的充电电源。

难道真的没有小巧一点的、通用性强一点的充电器么？其实还是因为穷的，使用黑科技材料氮化镓得ANKER GaN充电器虽然比普通得PD充电器价格高了一倍，但是体积却小了40%。

为什么能有这么大的改变呢？氮化镓又是一个怎么样的黑科技呢？

黑科技半导体氮化镓的来历和优势/劣势

其实早在2000年左右，就有研究人员投入到射频氮化镓技术的研究，最开始氮化镓器件成本高、产量不高，氮化镓器件主要应用于军事和航天领域，雷达和电子战系统。如今在点对点军用通信无线电中就有使用氮化镓工艺的放大器，未来手机是否也会获得军事领域的技术下放虽然还不好说。但氮化镓器件确实开始走向消费领域了，如今市场上已经有了不少已量产的氮化镓充电器。

氮化镓被业界称为第三代半导体材料，被应用到不同行业的产品上，应用范围包括半导体照明、激光器、射频领域等，应用在电源类产品上可以在超小的体积上实现大功率输出，改变行业设计制造方案、改变消费者使用习惯。

氮化镓的熔点和饱和蒸气压相当高，因此在自然界无法以单晶体的形式形成，目前常用的制备方法为薄膜法和溶胶凝胶法。

目前经过测试发现，用氮化镓材料代替传统的MOSFET后，电源的驱动损耗、开关损耗会更小，死区也缩小（缩短优化开关转换时的死区时间）。而更高的电子迁移率使得反向恢复时间极短，也就不存在反向损耗。

5G是今年最热门的话题，而氮化镓恰好在5G技术上能发挥巨大作用，这种材料非常适合提供毫米波领域所需的高频率和宽带宽，加上低内阻低发热量、适合在高温环境下工作的特点，GaN材料将应用于各种被动散热的户外电子设备以及汽车上。

不过虽然氮化镓的优点多，物理性能优异，但它不能应用在比较高的电压环境下。

而且成本也会更高一些，与现今的硅器件相比，氮化镓的导通电阻要低3个数量级，击穿电场是硅器件的10倍，带来的就是更高的转换效率和工作频率，并降低元器件体积。另外氮化镓可以在严酷的工作环境下保持正常的性能，不过目前氮化镓的成本还是太高了。

所以目前氮化镓比较成熟的应用是在小型的充电器上。这就是我们今天要说到的”ANKERPowerPort Atom PD1“GaN充电器。

目前市面上的各种快充协议

PD快充协议有大一统的趋势

从2017年开始，智能设备的性能开始大幅度攀升，相对应的设备对电池的容量有了更高的要求。但大电池充电就成为了一个难题，所以现在有了众多的快充标准。除了大家一般使用的QC快充、还有各家智能手机厂商开发的各种快充私协议，前不久vivo更是推出了120W快充。

不过目前最新的QC4.0也仅仅只支持28W的功率，于是追求充电更快的路途上，手机厂商也不断推出并升级自家的快充协议，如一加的WARP闪充（30W）、华为的Super Change（40W）、VOOC闪充（50W），vivo Super FlashCharge（120W）。

但是没有哪一家能打通全平台，实现一个充电器就能对所有的设备都能快速充电。市面上的快充协议“百家争鸣，各自为政”，即使有兼容也不能达到最理想的充电速率。

“协议兼容性目前的确是整个快充行业发展的最大技术壁垒，如果能够打通快充协议不兼容的问题，整个行业的发展能够加速前行。”

好在，基于USB type C接口的PD协议有大一统电子数码充电协议的趋势，支持笔记本电脑、平板电脑、手机、游戏机等设备快速充电，目前最新的PD 3.0标准最大功率可以达到100W。

ANKER PowerPort Atom PD 1 GaN充电器支持DCP协议，支持5V/3A、9V/3A、15V/2A、20V/1.5A四个USB PD输出档位最高输出30W，PD快充版本为3.0。

ANKER GaN充电器：小体积实现更高功率

ANKER PowerPort Atom PD 1 GaN充电器在设计上无论是在包装还是产品本身，都是充满了十足的“ANKER”风格。蓝白的搭配简约时尚很有辨识度，第一眼看见就能准确知道是ANKER产品。充电器的外形体积整体圆润十分小巧，手感也十分不错。

使用氮化镓GaN功率器件让ANKER PowerPort Atom PD 1在体积上十分有优势，与市面上多款热门PD充电器进行对比之，无论是重量还是体积ANKER PowerPort Atom PD 1 GaN充电器都位列前茅。

性能上，ANKER PowerPort Atom PD 1 GaN充电器支持5V、9V、15V、20V PD输出，可以满足大部分产品设备，它的输出最高可达30W功率，在我们实际的兼容性测试中，无论是充手机、还是笔记本，它都能胜任，性能着实不错。

鹅暖石丰满造型

ANKER PowerPort Atom PD 1 ANKER GaN充电器沿用了家族饱满丰润的设计，正面镜面与侧面哑光细节互为补充简约，犹如一块软润的鹅暖石。

一个蓝色舌片的USB-C输出口上印刷这“PD”字样标识，PD目前通用性最强也是未来数年的发展方向的USB PD快速充电标准。

小体积大功率

（从左至右依次是“ANKER GaN充电器 30W” “苹果原装18W快充” “联想ThinkPlus 65W快充” “苹果笔记本充电器”）

GaN场效应管小体积低内阻高性能的优点在充电器上体现的淋漓尽致，而且还完美避免了不耐高压的缺陷。

ANKER PowerPort Atom PD 1GaN充电器实现30W的功率，其体积要比苹果的18W快充都小一圈，与苹果手机自带的5W小充电器相差不大，携带出去旅行还是相当方便的。

30W功率定位尴尬

不过30W的功率其实还是比较尴尬的，因为如果需要给笔记本充电的话至少需要使用65W的供电，而手机目前最多也只能18W的PD快充。目前使用30W PD供电的也就只有iPad Pro了，也就是说你要是有个iPad Pro的话，买这款充电器可能比较实用。

此前测试iPad Pro最大支持32~35W PD快充。在我们使用ANKER GaN充电器给iPad Pro充电时，根据POWER·Z的数据显示，可以达到26~27W的充电功率。整个充电过程发热量比普通的充电器要低一些。

在兼容性上，支持iPhone X/XS/XS MAX/XR、华为P10/P20/P20 Pro/Mate 9/Mate10、xiaomi 8/9、魅族PRO 5、三星S8以上手机的PD快充。

非PD快充的设备大多数也能获得标准的10W充电功率。

笔记本和平板上，只要是支持PD协议的笔记本都能获得接近30W的充电功率，例如MacBook、小米笔记本Air、华为MateBook等，平板电脑的支持上iPad Pro因为支持PD充电也可以获得27W左右的供电支持。不过需要注意即使是支持PD充电协议的笔记本，因为功耗的原因对电源功率输入要求比较高，一般需要60W以上的充电器才能正常使用+充电，使用ANKER GaN充电器给笔记本充电话可能会遭遇笔记本CPU降频性能减弱、实用笔记本时虽然插电但无法给笔记本电池充电的情况出现。

总结

ANKER PowerPort Atom PD 1 GaN氮化镓充电器最开始发布的时候可谓吸引了全球眼球，造型也比较小巧可爱，在小体积的情况下实现了更高功率的输出。如果你有支持30W充电的设备比如iPad Pro，就更好了。

但如果你想使用ANKER PowerPort Atom PD 1 GaN充电器给笔记本充电话可能会遭遇笔记本CPU降频性能减弱、实用笔记本时虽然插电但无法给笔记本电池充电的情况出现。所以我目前使用的是ThinkPlus 65W充电器，出差的话iPhone支持18W PD快充，笔记本需要65W充电，移动电源支持45W PD快充，ThinkPlus电源是我目前比较好的解决方案。

而且从价格上来说，ANKER PowerPort Atom PD 1 GaN充电器官方定价188元，价格上来说还是比较高的。建议观望，不过更高高功率的60W氮化镓充电器却没有了体积上的优势，而且价格高，所以如果你不差钱想尝鲜，那也可以上上手体验一下。

优点:1、同体积下实现更高的充电功率，体积小易携带。

2、充电时发热量小，热损耗小转化率更高。

3、30W PD快充，支持新款iPhone、华为P20/P10/Mate 10/Mate9、xiaomi 9/8、iPad Pro、三星S系列等设备的PD充电，支持iPad air 2.4A充电。

缺点:

1、价格贵，188元的价格，一个65W ThinkPlus的优惠价也不过150元，体积也是ANKER GaN氮化镓充电器两倍不到。

2、非PD设备最高只支持10W左右的功率充电。

3、30W功率定位尴尬，笔记本一般需要65W充电功率，30W功率过低可能出现笔记本CPU降频或者笔记本在使用时无法给电池进行充电。详细参数：

充电器名称：PowerPort Atom PD 1

型号：A2017

输入：100-240V~1.2A 50~60Hz

输出：5V/3A、9V/3A、15V/2A、20V/1.5A

该充电器通过CCC认证。是以特斯拉为代表的视觉主导的多传感器融合方案，另一种是以低成本激光雷达为主导，典型代表如谷歌Waymo。国外主流车企如特斯拉、奥迪、通用等均发布了其自动驾驶汽车多传感器规划。多传感器融合对于保证车辆对周边环境的全局定位和理解是至关重要的。
　　ADAS 采用的传感器主要有摄像头、雷达、激光和超声波等，可以探测光、热、压力或其它用于监测汽车状态的变量， 通常位于车辆的前后保险杠、侧视镜、驾驶杆内部或者挡风玻璃上。ADAS内每一类子系统在运作时，都离不开信息的搜集、处理与判断，以及判断完毕后系统给予车体指令，使汽车进行不同动作等各阶段。在这样的流程中，雷达和摄影机等传感器，以及MCU或影像处理IC等处理器，就成了最主要的使用元件。在通往L5级别自动驾驶的道路上，ADAS系统的成熟与完善是基本保障。