多元感測應用熱燒九軸MEMS卡位戰(zhàn)開打

整合MCU更省電智慧九軸MEMS明年登場  

事實上，多軸MEMS與MCU結(jié)合的設(shè)計概念過往就曾被業(yè)界提出，但卻存在著許多技術(shù)挑戰(zhàn)。主要由于MEMS與MCU所使用的半導體制程不同，且過去元件微縮的技術(shù)不如現(xiàn)今成熟，往往會使得整合后的元件尺寸過大，導致多軸MEMS中的磁力計加劇系統(tǒng)電磁干擾(EMI)，影響行動裝置使用者體驗。  

郁正德進一步指出，若想要將加速度計、陀螺儀與磁力計等動作感測器與MCU進行緊密整合，并有效避免磁力計的電磁干擾對系統(tǒng)造成影響，其尺寸大小必須要小于4毫米×4毫米，唯有將元件尺寸微縮至此，才不會影響印刷電路板(PCB)上其他元件的運作。  

為滿足市場對行動裝置零組件簡化的需求，意法半導體將于2013年推出整合安謀國際(ARM)Cortex-M0 MCU核心的九軸MEMS動作感測器，其尺寸僅4毫米×4毫米，不僅可減少印刷電路板的占用空間，且透過MCU亦可智慧化控制動作感測器的開關(guān)功能，使其不會一直處于運作狀態(tài)而耗電，并將各種感測器所搜集到的訊號集中處理，分擔應用處理器的負擔。  

然而，整合MCU的智慧型九軸感測器其成本勢必也較過往更高，是否能受到OEM青睞亦成為業(yè)界關(guān)注的問題。郁正德分析，由于目前MCU與MEMS的產(chǎn)能都逐年快速成長中，市場競爭相當激烈，導致價格亦一路下滑，因此未來高整合度MEMS在價格上的競爭力并不會輸傳統(tǒng)單顆的設(shè)計，預期將非常具有市場潛力。  

融合九軸演算技術(shù)應美盛攻行動裝置市場 

另一方面，專注于消費性電子領(lǐng)域的應美盛(InvenSense)也發(fā)表該公司九軸MEMS解決方案--MPU-9150，以擴大其市場占有率。此一九軸MEMS成功整合加速度計、陀螺儀與磁力計的演算技術(shù)，可為行動裝置實現(xiàn)高精確度、低耗電量的使用者體驗。  

據(jù)了解，MPU-9150九軸MEMS系由InvenSense自身六軸感測器--MPU6050與AKM的AK8975磁力計所整合而成，尺寸為4毫米×4毫米×1毫米，采用LGA封裝。該公司同時也將AKM磁力計校準演算法融入其動作感測應用軟體平臺(MotionApps Software Platform)中，借此提供九軸動作感測功能。  [!--empirenews.page--]

另一方面，由于MPU-9150可將加速度計、陀螺儀、磁力計的原始輸出值，融合成單一的感測數(shù)據(jù)流(Sensor Fusion Data Stream)，因此，軟體開發(fā)業(yè)者可輕易將動作感測介面功能運用到開發(fā)程式中，開發(fā)各式各樣的應用程式。  

除意法半導體與InvenSense外，Bosch Sensortec也已開始加快腳步，新增其磁力計產(chǎn)品線，為日后九軸MEMS元件發(fā)展做好準備。

搶進九軸MEMS Bosch Sensortec邁大步  

繼今年6月推出六軸動作感測器后，Bosch Sensortec再推出三軸磁力計--BMM150，借此構(gòu)筑該公司九軸感測器產(chǎn)品線。  

Bosch Sensortec全球行銷總監(jiān)Leopold Beer表示，BMM150面市后，該公司將成為唯一可自制加速度計、陀螺儀、壓力計與磁力計的MEMS供應商，并可提供行動裝置OEM更完整的產(chǎn)品線；透過同一系列產(chǎn)品的軟、硬體溝通與整合，OEM將可輕松在產(chǎn)品中實現(xiàn)九軸空間自由度(9DoF)動作感測器的所有功能。  

由于行動裝置輕薄短小的設(shè)計風潮大行其道，因此OEM對MEMS感測器的尺寸與效能要求也日益嚴苛；尤其是關(guān)乎行動導航應用的磁力計若無法進一步將尺寸微縮，將會使系統(tǒng)飽受EMI之苦，因此各家MEMS供應商皆戮力開發(fā)更小尺寸的磁力計。  

Beer進一步指出，BMM150采用晶圓級封裝(Wafer Level Chip Scale Package, WLCSP)技術(shù)，因此可實現(xiàn)邊長僅1.56毫米、高0.6毫米的精巧尺寸，將有助搶攻行動裝置市場商機。  

磁力計邊長的微縮不僅可減少印刷電路板占用空間，且能降低磁力計對電路板上其他周邊元件的電磁干擾，使系統(tǒng)不穩(wěn)的機率大幅下降；而減低高度則可使行動裝置更加輕薄，且更易于在狹窄的機體空間內(nèi)導入系統(tǒng)設(shè)計。  

然而，尺寸微縮卻也容易帶來效能不彰、散熱不易等缺點。特別是磁力計本身在進行南北極方向定位時，需要相當龐大的資料運算，并且常常要與加速度計、陀螺儀等感測器搭配應用，都會使電源功耗快速攀升，因此，磁力計如何兼顧小尺寸與效能已是產(chǎn)業(yè)界關(guān)注重點之一。

為因應此一技術(shù)挑戰(zhàn)，BMM150特別導入Bosch Sensortec獨特的FlipCore磁場量測技術(shù)，可為磁力計節(jié)省三分之一的功耗，且在10Hz的數(shù)據(jù)傳輸速率下，最低功耗消耗僅170微安培(μA)，量測范圍更可達±1300微特斯拉(μT)。  

正當各家MEMS元件商積極開發(fā)九軸解決方案之際，被業(yè)界稱為第十軸的壓力計也受惠室內(nèi)導航應用興起，逐漸在市場上嶄露頭角。  

室內(nèi)導航應用添動能MEMS壓力計身價翻紅  

在室內(nèi)導航應用逐漸受到市場重視后，負責感測大氣壓力變化并提供使用者高度定位資訊的壓力計，亦將于明年大量導入智慧型手機中，成為繼加速度計、陀螺儀與磁力計后，另一備受看好的MEMS元件。  

郁正德表示，隨著室內(nèi)地圖資訊日趨完整、無線區(qū)域網(wǎng)路(Wi-Fi)熱點越來越多與多軸MEMS成為行動裝置標配等條件成熟，室內(nèi)導航的應用生態(tài)已逐漸確立，將帶動壓力計需求明顯增加。  

郁正德進一步指出，透過加速度計、陀螺儀與磁力計等感測器進行室內(nèi)慣性導航，已是目前行動裝置中相當普遍的應用，但此一慣性導航卻僅限于室內(nèi)平面導航，而無法給予更為精準的高度資訊，因此須倚重可感測大氣壓力變化的壓力計，進而強化室內(nèi)導航的精準度。

事實上，過去幾年受限于應用市場遲遲無法進一步擴大，壓力計出貨量始終不大。郁正德不諱言，2011年時意法半導體出貨量僅一百萬顆，對公司營收的貢獻不多，但現(xiàn)今室內(nèi)導航應用的生態(tài)系統(tǒng)已趨完整，預計2012年壓力計出貨量可望成長為近二千萬顆，而主要導入的終端裝置則以智慧型手機為大宗。  

據(jù)了解，目前意法半導體的壓力計已全面導入三星(Samsung)旗艦機Galaxy S3智慧型手機中。未來在室內(nèi)導航應用日趨完整后，中高階智慧型手機將納為標配將指日可待。  

郁正德強調(diào)，要獲得客戶更多的青睞，壓力計除須對高度變化的感測更為敏感、反應速度必須更快外，價格方面也須持續(xù)壓低至1美元左右，且還要產(chǎn)能供應無虞，才有機會爭食未來的商機大餅。  

綜上所述，未來行動裝置中的MEMS元件除持續(xù)邁向高整合度設(shè)計趨勢外，亦將導入MCU以達到智慧控制功能；而可實現(xiàn)室內(nèi)導航應用的壓力計也將逐漸普及于行動裝置中，為消費者帶來更佳的使用體驗。[!--empirenews.page--]