Project Tango助力九轴MEMS/传感中枢

    Google日前宣布「Project Tango」新计划，将偕同众多软硬体开发商，研发可具备像人类一样环境感知能力的新一代智慧型手机，可望带动三维(3D)深度感测器、九轴微机电系统(MEMS)感测器和感测中枢(Sensor Hub)等关键元件需求高涨。

    九轴微机电系统(MEMS)单晶片和感测器中枢(Sensor Hub)需求看涨。 

    Google于2月底发布一项名为「Project Tango」的研究计划，并推出内建三维深度感测器(3D Depth Sensor)、动作追踪影像感测器(Motion Tracking Camera)、摄影镜头、电脑视觉处理器(Computer Vision Processor)及MEMS感测器的Android原型手机(图1)，期吸引更多软硬开发者加入研发行列，以及早让智慧型手机具备像人类一样的周遭环境感知能力，可望带动智慧型手机配备3D深度感测器和九轴MEMS单晶片，以及感测中枢。 

    过去，智慧型手机系藉由全球卫星定位系统(GPS)或辅助全球卫星定位系统(AGPS)，再搭配内建的数位相机与MEMS感测器达成扩增实境(AR)。未来，「Project Tango」计划系希望借力上述关键元件，让行动装置具备如同人类层级般的空间与动作理解能力，并结合专门设计的客制化硬体与软体，达到在追踪手机3D动作的同时，用影像与深度感测器进行3D测量，从而为所在环境建立3D地图，以开启人机介面应用全新的想像空间无限。 

    Bosch Sensortec亚太区总裁百里博(Leopold Beer)(图2)表示，智慧型手机品牌商为实现室内导航和沉浸式游戏(Immersive Gaming)等酷炫应用服务，提高产品附加价值，将扩大于高阶产品线导入3D深度感测器，并内建整合三轴加速度计、三轴陀螺仪与三轴地磁计的九轴MEMS单晶片；其中，加速度计可侦测萤幕翻转；磁力计主要用途为室内导航；陀螺仪则用以达成游戏摇杆、相机防手震等功能。 

    看好「Project Tango」计划出炉后，高阶智慧型手机品牌商导入3D深度感测器和九轴MEMS单晶片的意愿将大幅提高，MEMS感测器供应商已加紧展开新一代产品线布局，特别是已参与Google「Project Tango」计划的唯一MEMS感测器供应商Bosch Sensortec(表1)。百里博透露，高阶智慧型手机品牌商对降低耗电量及缩小尺寸方面要求极为严苛，也因此，该公司已投入新一代九轴MEMS单晶片--BMX155/255开发，其将兼具更低功耗及更小尺寸的特性，预定将于2014年底前上市。 

    据悉，目前Bosch Sensortec已推出的九轴MEMS单晶片--BMX055，系采用矽穿孔(TSV)技术封装，尺寸仅3毫米×4.5毫米×0.95毫米。百里博指出，为生产出节能且微型化的九轴MEMS单晶片，Bosch Sensortec仍将持续沿用TSV技术，而非系统级封装(SiP)技术。 

    尽管目前智慧型手机品牌商为缩减整体物料清单(BOM)成本，多倾向采用六轴MEMS感测器；然日后若要实现更丰富且新颖的人机介面应用，高阶智慧型手机配备九轴MEMS单晶片将势在必行。

    意法半导体(ST)大中华暨南亚区类比、微机电与感测元件技术行销专案经理李炯毅(图3)认为，未来智慧型手机品牌商打造的旗舰机种若诉求更轻薄短小设计，可选用高整合度的九轴MEMS单晶片方案；但若考量到电子罗盘容易受到手机内其他电子元件的干扰，亦可能将选用加速度计整合陀螺仪的六轴感测器，再搭配三轴电子罗盘的设计，其中三轴的电子罗盘可摆放在与六轴感测器不同的位置，以避免遭受干扰。 

    不仅是九轴MEMS单晶片，旗舰型智慧型手机内建Sensor Hub的比例亦将大增，以在实现多元化人机介面同时，减少手机处理器工作量和耗电量。 

翻新人机介面　旗舰机导入Sensor Hub

    事实上，继三星(Samsung)与苹果(Apple)后，更多智慧型手机品牌商亦将于今年发布的新一代高阶机种中，跟进导入Sensor Hub搭配九轴MEMS感测器方案，以打造出更丰富的人机介面和应用服务。 

    李炯毅表示，智慧型手机品牌商正扩大导入Sensor Hub，以储存众多MEMS感测器数值，并借助此缓存机制，让应用处理器毋须经常读取MEMS感测器数据，减轻工作负担和耗电量。 

    另值得关注的是，由于Google「Project Tango」计划所发布的Android原型手机，可利用内建的三维深度感测器、摄影机和专用处理器，实现室内导航功能，恐与MEMS感测器角色重叠。对此，李炯毅强调，未来旗舰型智慧型手机配备3D深度感测器将为大势所趋，但仍需要MEMS感测器辅佐。举例而言，智慧型手机内建3D深度感测器在模拟实境时，亦需要加速度计、陀螺仪等MEMS感测器提供水平、垂直、翻转等动作变化资讯，以利处理器进行资料判断和运算。 

    瞄准Sensor Hub与九轴MEMS感测器的庞大市场商机，意法半导体、Bosch Sensortec、应美盛(InvenSense)等MEMS感测器厂商亦已加紧投入相关产品线布局。李炯毅分析，不同智慧型手机对定位、人机介面及应用服务的需求不同，因此所采用的Sensor Hub微控制器(MCU)核心规格亦大相迳庭，除Cortex-M0/M0+之外，Cortex-M3和Cortex-M4亦为热门核心选项之一。此外，为实现更高整合度的多轴MEMS单晶片，MEMS感测器供应商采用矽穿孔(TSV)技术封装的比例也将会大幅增长。举例而言，使用TSV技术投产的九轴MEMS单晶片，尺寸可微缩至3毫米×3毫米。 

    尽管未来旗舰型智慧型手机配备九轴MEMS感测器后，可借助Sensor Hub降低处理器耗电量。然而，面对智慧型手机品牌商对节能的要求日益严苛，MEMS感测器供应商将持续开发出更省电的加速度计和陀螺仪方案，以满足市场需求。 

迎合手机省电要求　MEMS感测器功耗再降

    现阶段智慧型手机内普遍配备的MEMS感测器中，加速度计可实现萤幕翻转侦测、计步器等众多基础功能，因此系处于永不关闭的状态；至于陀螺仪虽然在使用时才开启，但耗电量较加速度计高出数倍之多，遂与加速度计同列为MEMS感测器制造商首要降低功耗的产品。 

    也因此，百里博表示，该公司已计划于2014年年底前，针对内建3D深度感测器的手机市场，发布新一代加速度计，将较前一代方案具备更低耗电量。 

    至于意法半导体，则计划再推出更省电的陀螺仪。李炯毅指出，目前各MEMS感测器厂商推出的加速度计功耗仅达0.1毫安培，相比之下，陀螺仪耗电量虽已大幅下降，但仍高达约2毫安培，较加速度计更有降低耗电量的迫切性，将成为该公司未来产品研发的首要重点。