典型「運動傳感器」(Motion Sensors) 包括加速度計 (accelerometer,又稱重力傳感器 g-sensor)、磁力計 (Magnetometer) 和陀螺儀 (Gyroscope)?!窹okémon GO」(精靈寶可夢) 的大行其道,讓擴增實境 (AR) 和 Motion Sensors 的討論熱度直線上升。此外,智能工廠與機器視覺的蓬勃發展,也推升運動傳感器的市場需求。
近年來大量結合多傳感器的電子產品快速普及,使傳感器融合 (Sensor Fusion) 成為重要研究課題。為解決系統耗電量遽增問題,部分供貨商會選擇以 MEMS 傳感器中樞 (Sensor Hub) 結合先進傳感器融合出貨;究竟,Motion Sensor 采用標準型離散組件,還是高整合度的復合式產品較好?是否該把處理器集成進來?且讓我們一窺堂奧。
「運動傳感器」可在一定距離內,傳感活體或物體的移動,是智能照明、能源效率、自動光源、居家控制與相關保全系統等偵測例行活動的重要組件。法國市調公司 ReportLinker 在今年 9 月初發布關于「運動傳感器」研究數據顯示,手機應用及游戲/娛樂需求是主導 Motion Sensor 的主要力量,藉傳感器偵測運動控制類型的游戲系統活動。此類產品被大量應用在平板、智能手機和保健護理產業,帶動工業用的高階微機電 (MEMS) 加速計與安防需求急遽成長,例如,用于橋梁結構安檢、導航和石油探勘等慣性量測單元 (IMU)。
MEMS 加速計出貨稱王,主動式紅外線技術最普及
ReportLinker 認為,節能、省時且容易安裝是必要前提。依產品類型區別,可將運動傳感器分為:MEMS加速計/磁力計/陀螺儀、超音波傳感和復合式產品。就 2014 年統計觀察,以 MEMS 加速計出貨占比最大,多用于校驗電機裝置的加速力道;其次為陀螺儀,多用于平衡機械手臂,以及校正無人機或馬達的路徑穩定性。按技術類型劃分,可分為:紅外線、微波、斷層攝影、超音波等 (亦有人將「超音波」獨立成一項產品別);出貨以紅外線為大宗,尤以主動式紅外線最受歡迎。緊追在后的是微波傳感。
圖1:Motion Sensor 應用遍及工業、消費電子、汽車、健身、健康照護、航天和安防等
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透過微波發射及反射頻率分析,可用于偵測特定區塊的異常侵入并觸發警報。若根據應用別,則有工業、消費電子、汽車、健身、健康照護、航天和安防等;其中,消費電子又可分為游戲及娛樂機臺、穿戴裝置、手機和平板等子類別。深入探究,手機、平板應用又領先游戲和娛樂專用裝置,是運動傳感器的中流砥柱,領先照明控制、機械手臂、消防警報和煙霧偵測等工控領域;隨著手機游戲的風靡全球,對運動傳感器營收將有明顯挹注。近來瘋狂蔓延的「抓寶」現象,似乎正用行動為此推論背書。
不過 ReportLinker 預測今后至 2021 年,可望改由「穿戴式裝置」榮膺運動傳感器市場主要推手;汽車「先進駕駛輔助系統」(ADAS) 則是另一個亮點。Motion Sensor 常被用于安全氣囊和保全系統,有許多豪華車款正大量采用;受惠于汽車產業的迅速擴張,亞太區順勢成為 Motion Sensor 最活躍之地,僅次于歐洲和北美。簡言之,現階段由歐洲消費電子稱霸運動傳感器市場,手機/娛樂需求是持續引領成長的明星。開啟將接口與韌體整合到 Motion Sensor 先河的應美盛 (InvenSense),亦認同消費者對于身歷其境的媒體內容和游戲,有著高度興趣。
圖2:傳感器在智能手機及穿戴裝置的感用
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傳感器整合策略,各有巧妙不同
看好 AR / VR / HMD (頭戴顯示設備) 和立體聲耳機在可預見未來的成長性 (IHS預估 CAGR 高達 52%),InvenSense 近期宣布推出上述應用的六軸慣性傳感器 ICM-20603,放眼游戲、電影、3D 音樂、購物、教育、職業培訓和房地產市場;強調內置陀螺儀的穩定性以及時間、溫度性能,同時采用專利整合技術,可實現實時響應、數據傳輸同步化并支持更快的視訊刷新率,使頭部追蹤動態與內容更緊密匹配,避免使用者產生不適感。另備有兼容的九軸傳感器融合庫和軟件,為相關制造商提供開發平臺。
藉由 MotionFusion 韌體算法與板上處理器,InvenSense 可直接將人機接口整合至傳感裝置,有助最小化開發成本及投注心力。無獨有偶,Bosch Sensortec 亦傾向將處理器整合其中的「傳感器中樞」(Sensor Hub) 路線,主張既能提升整體系統效率、降低應用處理器 (AP) 負擔,又能避免因接口或軟件匹配不當而橫生枝節。然而,意法半導體 (ST) 與亞德諾 (ADI) 對于整合觀點似有不同見解。