運動傳感器可透過監視物體及其周遭的相對位置變化，來偵測或追蹤動作，常被應用在各類電子裝置的人機互動，或透過收集到的有用信息監測環境變化。隨著微機電 (MEMS) 技術的加入，大幅縮減感測裝置體積，讓運動傳感器市場更見寬廣；消費類加速計需求的上揚，亦促使 MEMS 與運動傳感器更加合作無間。日前甫于微機電全球高峰會榮獲年度 MEMS 制造商獎的意法半導體 (ST) 援引 Semico Research 統計表示，2015 年全球 MEMS 銷售額逾 142 億美元，預計 2020 年將上看 287 億美元，其間年復合成長率 (CAGR) 達 15.1%。
MEMS 與模擬技術互補，如手眼緊密合作
ST 執行副總裁暨模擬、MEMS 事業群總經理 Benedetto Vigna 以「and」這個連接詞，來妙喻 MEMS 的獨特地位，認為 MEMS 體現的是「多元化」(diversification) 意涵，可與各類產品、技術合體；其中高性能六軸 MEMS 傳感器模塊已成消費電子和物聯網裝置的重要組件，在推動智能型手機轉換至智能型個人助理的過程扮演要角。Vigna 指出，物聯網 (IoT) 的真諦在于任何系統都能利用網絡及其生態，硬件上可分為三大區塊：節點、網關和云端，而云端運算、低成本嵌入式計算機、可靠無線連接與低成本傳感器的快速創新是決勝關鍵。
ST 執行副總裁暨模擬、MEMS 事業群總經理 Benedetto Vigna 以「and」這個連接詞，來妙喻 MEMS 的獨特地位，認為 MEMS 體現的是「多元化」(diversification) 意涵，可與各類產品、技術合體；其中高性能六軸 MEMS 傳感器模塊已成消費電子和物聯網裝置的重要組件，在推動智能型手機轉換至智能型個人助理的過程扮演要角。Vigna 指出，物聯網 (IoT) 的真諦在于任何系統都能利用網絡及其生態，硬件上可分為三大區塊：節點、網關和云端，而云端運算、低成本嵌入式計算機、可靠無線連接與低成本傳感器的快速創新是決勝關鍵。
照片人物：ST 執行副總裁暨模擬、MEMS 事業群總經理 Benedetto Vigna
位居最前線的「節點」，由形式多元的智能產品負責感測、訊號處理、傳輸、電源管理及資料保全等工作，以完成數據采集及交付。Vigna 強調，MEMS 與感測接口、連接、訊號調節和功耗等模擬技術具有互補性，一如手、眼互動；而 ST 是業界唯一擁有完整微加工硅組件研發能力的廠商 (包括傳感器和微致動器)，并在多項應用深耕已久，包括：穿戴裝置、活動追蹤、虛擬現實、心率監測、無人機、防盜系統、車用和環境偵測等。「低功耗」則是 ST 另一個強項，對于電池供電的全功能消費類馬達驅動尤其具有優勢，迄今 MEMS 出貨量已超過 110 億件。
圖1：ST 在 MEMS 感測及致動擁有廣泛的產品組合
數據源：ST 提供
Vigna 表示，傳感器、致動器與相關模擬科技為創造真實與數字世界溝通接口的核心元素，載體則以智能手機與穿戴裝置為大宗。除了傳統認知的運動傳感器，ST 還開發出光學防抖、快速對焦等產品；手機的推陳出新，為 MEMS 提供更大的舞臺。近來在全球造成騷動的 Pokémon GO (精靈寶可夢 GO)，可謂是 MEMS 連手擴增實境 (AR) 具體實現的里程碑；MEMS 下一波部署將擴及家庭、工作場所、城市和交通工具。特別一提的是，在微控制器 (MCU) 領域享有盛名的 ST 并未采取將 MCU 與復合式 (Combo) 傳感器整合成一個器件的產品策略。
不盲從「感測融合」，MCU 不在常態整合之列
有別于同業主打「傳感器中樞」(Sensor Hub) 的作法，ST 仍主張以單一或復合式傳感器出貨。模擬、微機電與感測組件應用經理陳建成說明，會傾向整合多是著眼于電路板面積有限或減少組件數量以降低功耗，但因顧及有些用戶希望將磁力計獨立出來，以免產生干擾，故復合式產品仍以加速度計與陀螺儀版本 (A+G) 為主流；若用戶需要獲得更多資源達成「感測融合」(Sensor Fusion) 目標，ST 憑借本身雄厚的 MCU 實力及豐富傳感器產品線，也能協同 IDH (Independent Design House，獨立設計公司) 和第三方軟件廠商提供 turkey solution。
有別于同業主打「傳感器中樞」(Sensor Hub) 的作法，ST 仍主張以單一或復合式傳感器出貨。模擬、微機電與感測組件應用經理陳建成說明，會傾向整合多是著眼于電路板面積有限或減少組件數量以降低功耗，但因顧及有些用戶希望將磁力計獨立出來，以免產生干擾，故復合式產品仍以加速度計與陀螺儀版本 (A+G) 為主流；若用戶需要獲得更多資源達成「感測融合」(Sensor Fusion) 目標，ST 憑借本身雄厚的 MCU 實力及豐富傳感器產品線，也能協同 IDH (Independent Design House，獨立設計公司) 和第三方軟件廠商提供 turkey solution。
「把 MCU 放進傳感器，相對會限制設計彈性；且尊重用戶對 MCU 可能有特定偏好、只想挑選適當的感測組件來搭配的意愿，故讓傳感器另行發展會是較佳方式，利于客制化需求」，陳建成強調。他詳述，目前 Android 5.0 以上的手機所內建的計步器，以及微信運動計步功能皆是以硬件傳感器實現，不過陳建成坦言，硬件在定義手機翻轉和屏幕敲擊動作的微調時，自由度不如軟件細膩；由于軟件可透過收集很多測試結果后區分強度等級，但硬件的辨識級別可能只有八至九成。因此，算法軟件支持十分重要。
圖2：ST 獨立式加速計及陀螺儀產品
數據源：ST 提供
圖3：ST 整合加速度計及陀螺儀的復合運動傳感器產品
數據源：ST 提供
ST 在軟件方面亦不斷精進，為提升行動設備性能并最大限度降低功耗，與高通 (Qualcomm) 合作增加慣性傳感器解決方案的軟件支持，包括 ST 獲獎的 iNEMO 慣性傳感器模塊；就傳感器硬件特性，新增軟件支持功能，有助手機廠商快速推出基于 Qualcomm Snapdragon 處理器的 Android 智能手機。初期研發鎖定 LSM6DS3 不間斷運行的低功耗慣性傳感器模塊，借助 Qualcomm All-WaysAware 安全后臺傳感器控制功能，以及傳感器數據與定位技術、調制解調器和攝像子系統的數據整合，感測模塊可支持更長的電池續航時間。該參考軟件現已問世。
光學防抖震、車載 HUD、建筑 MR，傳感器新興應用
ST 資深技術營銷工程師謝景翔補充，六軸加速計及陀螺儀加上三軸磁力計，是目前手機或消費電子主流規格，最看好光學防抖震 (OIS) 感測模塊結合相機模塊的 VCM 馬達校正；于是，ST A+G 復合產品也從要求人機接口 (UI)—— LSM6DS3，漸次進化到 UI／電子防抖震 (EIS)—— LSM6DSL，以及支持 UI / OIS 的 LSM6DSM。人機接口及防抖震的「雙通道架構」特色是：可維持數據傳輸的同步性和一致性，能大幅改善錄像質量。ST 透露，OIS 自 2015 年以來出貨有急遽拉升的現象，預估今年會有不錯的市占率表現。
ST 資深技術營銷工程師謝景翔補充，六軸加速計及陀螺儀加上三軸磁力計，是目前手機或消費電子主流規格，最看好光學防抖震 (OIS) 感測模塊結合相機模塊的 VCM 馬達校正；于是，ST A+G 復合產品也從要求人機接口 (UI)—— LSM6DS3，漸次進化到 UI／電子防抖震 (EIS)—— LSM6DSL，以及支持 UI / OIS 的 LSM6DSM。人機接口及防抖震的「雙通道架構」特色是：可維持數據傳輸的同步性和一致性，能大幅改善錄像質量。ST 透露，OIS 自 2015 年以來出貨有急遽拉升的現象，預估今年會有不錯的市占率表現。
至于未來最具潛力的應用，謝景翔首推車用微致動器 HUD (抬頭顯示器)，結合 Pico 微投影技術，不用貼片就可直接把信息顯示在擋風玻璃上；輔以加速度計控制安全氣囊、陀螺儀偵測車道偏移，可讓駕駛安全多幾分保障。事實上，機車亦已大量引進傳感器，Gogoro 就有利用加速度計做防撞偵測的設計，一旦發生碰撞，會自動斷電以策安全；而陀螺儀會在龍頭轉彎后回正時，自動熄滅方向燈。另在售價不斐的重機裝備，安全帽亦配有防撞感測系統。此外，「智能建筑」則是另一個兵家必爭之地，不過須融合溫、濕度等環境感測。
例如，運用 AR 原理衍生而來的「MR」(Mixed Reality) 技術，透過事先匯入建筑管線圖資，結合熱像儀可進行漏水檢測。若涉及室內定位、行人航位推算 (PDR) 等樓層或高度的應用，則需加裝氣壓傳感器 (Pressure Sensors)。在整合趨勢方面，雖然為解決系統耗電量遽增問題，有些廠商會實行 MEMS 傳感器中樞 (Sensor Hub) 結合先進「傳感器融合」(Sensor Fusion) 架構；但考慮到與應用處理器 (AP) 整合方便性，Combo 傳感器在某些場景，似乎較 MCU 傳感器中樞更受青睞；ST 透露，其實早先也曾推出內建 MCU 的傳感器，但市場反應似乎不如預期。
「因為，動輒透過內建 MCU 執行有時更耗電。當傳感器只須讀取簡單數據，MCU 改以外置可在不工作時進入休眠狀態；從整個系統角度來看，反能進一步降低功耗」，謝景翔最后做了精辟批注。
照片人物：ST 模擬、微機電與感測組件應用經理陳建成 (右) 及資深技術營銷工程師謝景翔 (左)
