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九轴传感器市场的发展趋势

文章出处:传感器专家

MEMS器件厂商正全力布局九轴传感器市场。看好移动设备对加速度计、陀螺仪与磁力计等传感器需求持续增长,包括意法半导体、BoschSensortecInvenSense等业者皆已积极厚实产品组合,为九轴解决方案开发做好准备,争抢庞大商机。

九轴MEMS解决方案即将大举导入移动设备市场。随着移动设备室内导航、手势辨识等动作感测应用日趋普及,MEMS器件不仅出货量持续翻倍上扬,各家业者的产品线亦持续扩大(见表1),且产品设计方式亦出现重大转变;除持续整合各种器件、朝向多重感测的方向发展外,也开始导入微控制器(MCU)以实现智能控制,降低终端产品的耗电量。

意法半导体MEMS技术营销经理郁正德表示,轻薄短小与更长的电池续航力,已是移动设备原始设备制造商(OEM)戮力追求的目标;而MEMS传感器也在该趋势中,逐渐演进为多轴合一的产品设计,但仅仅如此,仍无法大幅降低传感器所带来的耗电量,所以市场需要MEMS器件能具备智能开关功能,也因此造就MCU与多轴MEMS的整合需求。

事实上,多轴MEMSMCU结合的设计概念过往就曾被业界提出,但却存在着许多技术挑战。主要由于MEMSMCU所使用的半导体制程不同,且过去器件微缩的技术不如现今成熟,往往会使得整合后的器件尺寸过大,导致多轴MEMS中的磁力计加剧系统电磁干扰(EMI),影响移动设备用户体验。

为满足市场对移动设备零部件简化的需求,意法半导体将于2013年推出整合ARMCortex-M0MCU核心的九轴MEMS运动传感器,其尺寸仅4毫米×4毫米,不仅可减少印刷电路板的占用空间,且透过MCU也可智能控制运动传感器的开关功能,使其不会一直处于运行状态而耗电,并将各种传感器所搜集到的讯号集中处理,分担应用处理器的负担。

然而,整合MCU的智能九轴传感器其成本势必也较过往更高,是否能受到OEM青睐也成为业界关注的问题。郁正德分析,由于目前MCUMEMS的产能都逐年快速成长中,市场竞争相当激烈,导致价格亦一路下滑,因此未来高整合度MEMS在价格上的竞争力并不会输传统单颗的设计,预期将非常具有市场潜力。

融合九轴演算技术,应美盛攻移动设备市场

另一方面,专注于消费性电子领域的应美盛(InvenSense)也发表该公司九轴MEMS解决方案:MPU-9150,以扩大其市场占有率。该九轴MEMS成功整合加速度计、陀螺仪与磁力计的演算技术,可为移动设备实现高精确、低耗电量的用户体验。

据了解,MPU-9150九轴MEMSInvenSense自身六轴传感器:MPU6050AKMAK8975磁力计所整合而成,尺寸为4毫米×4毫米×1毫米,采用LGA封装。该公司同时也将AKM磁力计校准演算法融入其运动感测应用软体平台(MotionAppsSoftwarePlatform)中,借此提供九轴运动感测功能。

另一方面,由于MPU-9150可将加速度计、陀螺仪、磁力计的原始输出值,融合成单一的感测数据流(SensorFusionDataStream),因此,软件开发者可轻易将运动感测界面功能运用到开发程序中,开发各式各样的应用程序。

除意法半导体与InvenSense外,BoschSensortec也已开始加快脚步,新增其磁力计产品线,为日后九轴MEMS器件发展做好准备。

抢进九轴MEMSBoschSensortec迈大步

今年6月推出六轴运动传感器后,BoschSensortec再推出三轴磁力计:BMM150,借此构筑该公司九轴传感器产品线。

BoschSensortec全球营销总监LeopoldBeer表示,BMM150面市后,该公司将成为唯一可自制加速度计、陀螺仪、压力计与磁力计的MEMS供应商,并可提供移动设备OEM更完整的产品线;透过同一系列产品的软、硬件沟通与整合,OEM将可轻松在产品中实现九轴空间自由度运动传感器的所有功能。

由于移动设备轻薄短小的设计风潮大行其道,因此OEMMEMS传感器的尺寸与效能要求也日益严苛;尤其是关乎移动导航应用的磁力计,若无法进一步将尺寸微缩,将会使系统饱受EMI之苦,因此各家MEMS供应商皆戮力开发更小尺寸的磁力计。

Beer进一步指出,BMM150采用晶圆级封装(WaferLevelChipScalePackage,WLCSP)技术,因此可实现边长仅1.56毫米、高0.6毫米的精巧尺寸,将有助抢攻移动设备市场商机。

磁力计边长的微缩不仅可减少印刷电路板占用空间,且能降低磁力计对电路板上其他周边器件的电磁干扰,使系统不稳的机率大幅下降;而减低高度则可使行动装置更加轻薄,且更易于在狭窄的机体空间内导入系统设计。

然而,尺寸微缩却也容易带来效能不彰、散热不易等缺点。特别是磁力计本身在进行南北极方向定位时,需要相当庞大的资料运算,并且常常要与加速度计、陀螺仪等传感器搭配应用,都会使电源功耗快速攀升,因此,磁力计如何兼顾小尺寸与效能已是产业界关注重点之一。

为因应此一技术挑战,BMM150特别导入BoschSensortec独特的FlipCore磁场量测技术,可为磁力计节省三分之一的功耗,且在10Hz的数据传输速率下,最低功耗消耗仅170微安培(μA),量测范围更可达±1300微特斯拉(μT)

正当各家MEMS器件厂商积极开发九轴解决方案之际,被业界称为第十轴的压力计也受惠室内导航应用兴起,逐渐在市场上崭露头角。

室内导航应用添动能MEMS压力计身价翻红

在室内导航应用逐渐受到市场重视后,负责感测大气压力变化并提供使用者高度定位资讯的压力传感器,也将于明年大量导入智能手机中,成为继加速度计、陀螺仪与磁力计后,另一备受看好的MEMS器件。

郁正德表示,随着室内地图资讯日趋完整、无线区域网路(Wi-Fi)热点越来越多与多轴MEMS成为移动设备标配等条件成熟,室内导航的应用生态已逐渐确立,将带动压力传感器需求明显增加。

郁正德进一步指出,透过加速度计、陀螺仪与磁力计等传感器进行室内惯性导航,已是目前移动设备中相当普遍的应用,但惯性导航却仅限于室内平面导航,而无法给予更为精准的高度资讯,因此须倚重可感测大气压力变化的压力传感器,进而强化室内导航的精准度。

事实上,过去几年受限于应用市场迟迟无法进一步扩大,压力传感器出货量始终不大。郁正德不讳言,2011年时意法半导体出货量仅一百万颗,对公司营收的贡献不多,但现今室内导航应用的生态系统已趋完整,预计2012年压力计出货量可望成长为近二千万颗,而主要导入的终端装置则以智能手机为大宗。

                           

据了解,目前意法半导体的压力传感器已全面导入三星旗舰机GalaxyS3智能手机中。未来在室内导航应用日趋完整后,中高端智能手机将纳为标配将指日可待。

郁正德强调,要获得客户更多的青睐,压力传感器除须对高度变化的感测更为敏感、反应速度必须更快外,价格方面也须持续压低至1美元左右,且还要产能供应无虞,才有机会争食未来的商机大饼。

综上所述,未来移动装置中的MEMS器件除持续迈向高整合度设计趋势外,也将导入MCU以达到智能控制功能;而可实现室内导航应用的压力传感器也将逐渐普及于移动设备中,为消费者带来更佳的用户体验。

 


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