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低功耗陀螺儀現(xiàn)身 穿戴式感測應(yīng)用更省電
圖4 意法半導(dǎo)體技術(shù)行銷專案經(jīng)理李炯毅表示，新一代低功耗陀螺儀已經(jīng)競相問世，可望助力可穿戴設(shè)備設(shè)計(jì)出更為省電的情境感知功能。
意法半導(dǎo)體（ST）大中華暨南亞區(qū)類比、微機(jī)電與感測元件技術(shù)行銷專案經(jīng)理李炯毅（圖4）表示，由于陀螺儀的耗電量讓人望而生卻，僅有部分高階的可穿戴設(shè)備，如智能型眼鏡、監(jiān)測激烈運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的智能型手表/手環(huán)等，才會(huì)將如此高耗電的MEMS傳感器導(dǎo)入。
據(jù)了解，市面上大多數(shù)陀螺儀的平均操作電流約為加速度計(jì)及磁力計(jì)的三十倍左右。李炯毅進(jìn)一步指出，通常加速度計(jì)與磁力計(jì)的操作電流約要在200微安培以內(nèi)，方能符合可穿戴設(shè)備對于超低功耗的嚴(yán)苛需求；然而，陀螺儀的操作電流約為6毫安培（mA），與加速度計(jì)及磁力計(jì)相比，耗電量驚人，因此MEMS傳感器廠商無不殫精竭慮，設(shè)法將陀螺儀的功耗降至最低，為可穿戴設(shè)備打造更為低功耗的情境感知功能，并進(jìn)一步擴(kuò)大開發(fā)商采用陀螺儀的比例。
目前應(yīng)美盛（InvenSense）、Bosch Sensortec及意法半導(dǎo)體皆競相開發(fā)低功耗的陀螺儀產(chǎn)品。相較于先前操作電流約為6毫安培的主流陀螺儀方案，MEMS傳感器廠商開發(fā)的新一代低功耗陀螺儀，其操作電流皆可降至3毫安培左右；李炯毅指出，雖然從6毫安培降到3毫安培，數(shù)字上看來是極微小的差距，但對于實(shí)際功耗的縮減卻大有助益。以意法半導(dǎo)體目前已開始送樣的新一代陀螺儀產(chǎn)品為例，其操作電流可降到2毫安培，與前一代6毫安培的方案相較，可為整體可穿戴設(shè)備省卻約60%的耗電量。
值得注意的是，由于加速度計(jì)是一般穿戴式產(chǎn)品百分之百會(huì)采用的MEMS傳感器，因此意法半導(dǎo)體也推出將新一代低功耗陀螺儀與加速度計(jì)整合的六軸傳感器方案，且因加速度計(jì)功耗為10微安培的極低功耗量，因此透過SiP技術(shù)將兩顆MEMS元件封裝在一起后，整體功耗仍為2毫安培左右，與單顆三軸陀螺儀相差無幾。
李炯毅透露，待單顆低功耗三軸陀螺儀及整合加速度計(jì)的六軸方案于今年正式量產(chǎn)后，該公司下一步即是考慮開發(fā)整合低功耗陀螺儀、加速度計(jì)與磁力計(jì)的九軸傳感器方案，讓可穿戴設(shè)備的情境感知功能更為省電。他表示，目前已有不少可穿戴設(shè)備開發(fā)商，表達(dá)對新一代低功耗陀螺儀及六軸感測方案的高度興趣，預(yù)計(jì)2014年第二季即可看到搭載該方案的終端產(chǎn)品面世。
據(jù)悉，采用低功耗陀螺儀方案的可穿戴設(shè)備，將以能提供監(jiān)測及感知?jiǎng)×殷w感動(dòng)作的功能為訴求，如須監(jiān)測角速度變化的高爾夫球運(yùn)動(dòng)。
不過，李炯毅認(rèn)為，目前MEMS元件商在微縮尺寸、降低功耗、提高元件整合度等三方面的技術(shù)水準(zhǔn)已相差無幾，若只致力于將MEMS傳感器的尺寸及功耗降低，長此以往必然無法做到產(chǎn)品差異化的效果；因此，傳感器、MCU與無線射頻元件廠商亦擬開發(fā)三大元件的高整合方案，期能共食可穿戴設(shè)備市場大餅。
可穿戴設(shè)備更智能 MCU/MEMS/RF高整合方案出鞘
圖5 意法半導(dǎo)體資深技術(shù)行銷經(jīng)理郁正德強(qiáng)調(diào)，MCU、MEMS傳感器與無線射頻元件的整合，將是元件商未來力拓的解決方案。
意法半導(dǎo)體大中華暨南亞區(qū)類比、微機(jī)電與感測元件資深技術(shù)行銷經(jīng)理郁正德（圖5）表示，可穿戴設(shè)備系一最基本的聯(lián)網(wǎng)設(shè)備，須有能搜集資訊的感測裝置、能處理資訊做出反應(yīng)的控制中樞以及能與外界互動(dòng)、交換資訊的傳輸能力，因此MCU、MEMS傳感器與無線射頻元件的整合將是半導(dǎo)體廠商未來力拓的解決方案。
初步整合階段將以MEMS傳感器與MCU結(jié)合的傳感器中樞（Sensor Hub）為主，而目前亦有MEMS元件商正攜手MCU廠商開發(fā)高整合方案；如Bosch Sensortec即偕同愛特梅爾（Atmel）等MCU廠商發(fā)布九軸MEMS傳感器與Cortex-M0+ MCU整合的產(chǎn)品，尺寸為5毫米×4.5毫米。
郁正德表示，相較于異業(yè)結(jié)盟，同時(shí)擁有MCU與MEMS產(chǎn)品線的意法半導(dǎo)體優(yōu)勢更加顯著。意法半導(dǎo)體將在2014年相繼量產(chǎn)三軸加速度計(jì)整合Cortex-M0 MCU，以及六軸傳感器（加速度計(jì)與低功耗陀螺儀）整合Cortex-M0 MCU的SiP封裝方案，而九軸傳感器與Cortex-M0的整合方案則預(yù)計(jì)在年底前完成送樣，三款方案尺寸皆僅3毫米×3毫米。
另一方面，MCU廠商亦正積極發(fā)動(dòng)攻勢。以芯科實(shí)驗(yàn)室為例，該公司即利用互補(bǔ)式金屬氧化物半導(dǎo)體（CMOS）制程，將MCU、無線收發(fā)器及傳感器整合在一系統(tǒng)單芯片（SoC）上。
Sharma進(jìn)一步表示，芯科實(shí)驗(yàn)室目前已針對ZigBee應(yīng)用開發(fā)出32位元MCU與RF整合的SoC方案，未來該公司則計(jì)劃開發(fā)出32位元MCU加上傳感器，且可支援多種無線傳輸協(xié)定的超低功耗SoC方案。
不過郁正德認(rèn)為，在多種無線傳輸技術(shù)中，考量功耗、傳輸數(shù)據(jù)量、傳輸距離、生態(tài)系統(tǒng)健全程度等多方因素，最適合用于可穿戴設(shè)備的非藍(lán)牙（Bluetooth）技術(shù)莫屬，因此藍(lán)牙與MEMS傳感器及MCU整合的微型智能型系統(tǒng)方案，將是意法半導(dǎo)體未來開發(fā)的重點(diǎn)。
另一方面，由于穿戴式電子產(chǎn)品所配備的電池容量通常較小，因此半導(dǎo)體廠商除致力降低元件功耗外，亦推出整合無線充電功能的藍(lán)牙Smart單芯片方案，讓可穿戴設(shè)備可隨時(shí)補(bǔ)充電力，包括博通（Broadcom）、Nordic等芯片商皆已發(fā)布相關(guān)產(chǎn)品。
穿戴式商機(jī)夯 藍(lán)牙整合無線充電方案勢起
博通嵌入式無線網(wǎng)路連結(jié)裝置資深總監(jiān)Brian Bedrosian表示，除了無線區(qū)域網(wǎng)路（Wi-Fi）技術(shù)外，導(dǎo)入藍(lán)牙Smart技術(shù)的產(chǎn)品數(shù)量也正以驚人的速度成長，并迅速成為許多以電池供電的小型可穿戴設(shè)備的核心技術(shù)；而具備無線充電技術(shù)與低功耗特性的解決方案，不僅有助于原始設(shè)備制造商（OEM）為各種應(yīng)用市場設(shè)計(jì)出更高效能的產(chǎn)品，亦能推動(dòng)次世代可穿戴設(shè)備的發(fā)展，讓可穿戴設(shè)備的性能得以發(fā)揮到淋漓盡致。
隨著無線電力聯(lián)盟（A4WP）于2013年12月中旬發(fā)布其產(chǎn)品識別標(biāo)章--Rezence，不少芯片開發(fā)商亦已蠢蠢欲動(dòng)，如Nordic于Rezence面世后旋即發(fā)表針對旗下藍(lán)牙低功耗SoC--nRF51系列所開發(fā)的A4WP無線充電軟體開發(fā)套件（SDK），強(qiáng)化其藍(lán)牙低功耗產(chǎn)品戰(zhàn)力。
博通同樣于日前針對旗下的無線網(wǎng)路連結(jié)裝置平臺 --WICED，新增一款整合A4WP無線充電功能的藍(lán)牙Smart SoC--BCM20736。據(jù)悉，該芯片搭載安謀國際Cortex-M3處理器，并具備高整合度與小巧外型的優(yōu)勢，可降低可穿戴設(shè)備的耗電量，延長電池續(xù)航力，達(dá)到比其他競爭產(chǎn)品更低的成本與功耗。
著眼于多種穿戴式元件規(guī)格大翻新，為助力開發(fā)商加速可穿戴設(shè)備產(chǎn)品設(shè)計(jì)及上市時(shí)程，參考設(shè)計(jì)平臺（Reference Design Platform）亦正如雨后春筍般冒出。繼德州儀器、瑞芯微、新唐科技等處理器廠商競相發(fā)布相關(guān)解決方案后，飛思卡爾、英特爾（Intel）針對可穿戴設(shè)備所開發(fā)之參考設(shè)計(jì)平臺亦陸續(xù)亮相，讓市面上的穿戴式參考平臺更為五花八門，開發(fā)商設(shè)計(jì)產(chǎn)品時(shí)也能更加快、狠、準(zhǔn)。
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