Sensor Hub和微投影成為移動(dòng)MEMS新商機(jī)

行動(dòng)裝置搶搭多軸感測(cè)功能已成“瘋”潮，MEMS元件制造商也把握市場(chǎng)良機(jī)，強(qiáng)推Sensor Hub單晶片，以提高感測(cè)精準(zhǔn)度并降低系統(tǒng)功耗。此外，手機(jī)品牌廠為賦予產(chǎn)品新價(jià)值，將于今年MWC展大秀MEMS微投影手機(jī)，亦吸引MEMS元件商積極卡位。

蘋(píng)果(Apple)、三星(Samsung)最新一代機(jī)皇，均已搭載六軸以上微機(jī)電系統(tǒng)(MEMS)感測(cè)器，借以支援更強(qiáng)大的動(dòng)作感測(cè)功能。在這兩大行動(dòng)裝置品牌廠帶動(dòng)下，其他手機(jī)制造商也開(kāi)始擴(kuò)大導(dǎo)入MEMS元件，刺激市場(chǎng)需求高漲。 然而，行動(dòng)裝置設(shè)計(jì)空間錙銖必較，導(dǎo)入多軸MEMS感測(cè)器不僅為產(chǎn)品輕薄​​度帶來(lái)艱難考驗(yàn)，對(duì)原始設(shè)備制造商(OEM)來(lái)說(shuō)，如何確保多元感測(cè)器共同運(yùn)作的精準(zhǔn)度，并改善系統(tǒng)零組件之間的電磁干擾(EMI)及整體功耗問(wèn)題亦迫在眉睫。

為突破技術(shù)桎梏，意法半導(dǎo)體(ST)、應(yīng)美盛(InvenSense)正積極整合MEMS與微控制器(MCU)，進(jìn)一步打造Sensor Hub單晶片;此舉不僅能大幅提高感測(cè)器的精準(zhǔn)度，所有感測(cè)到的資訊也不須完全經(jīng)由高耗電的應(yīng)用處理器運(yùn)算，從而擴(kuò)增行動(dòng)裝置感測(cè)功能，同時(shí)還能壓低系統(tǒng)成本與功耗。

Sensor Hub其實(shí)是一種智慧型感測(cè)器資訊處理架構(gòu)，透過(guò)在系統(tǒng)中加裝一顆32位元微控制器，執(zhí)掌感測(cè)器資訊運(yùn)算;并導(dǎo)入Sensor Fusion軟體負(fù)責(zé)加速度計(jì)、陀螺儀、壓力計(jì)和磁力計(jì)等MEMS元件的資訊校正與轉(zhuǎn)換，從而優(yōu)化多軸MEMS感測(cè)機(jī)制的精準(zhǔn)度，同時(shí)也減輕系統(tǒng)主處理器工作負(fù)擔(dān)。現(xiàn)階段，微軟(Microsoft)已將Sensor Hub列入Windows 8作業(yè)系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)支援功能(圖1)。

意法半導(dǎo)體資深技術(shù)行銷經(jīng)理郁正德 表示，為進(jìn)一步強(qiáng)化Sensor Hub功能性，MEMS廠更致力朝高整合方向發(fā)展，將微控制器與MEMS元件封裝成一顆單晶片，助力行動(dòng)裝置業(yè)者簡(jiǎn)化系統(tǒng)復(fù)雜度，并加速開(kāi)發(fā)搭載多軸MEMS感測(cè)器的產(chǎn)品。郁正德指出，意法半導(dǎo)體同時(shí)擁有微控制器與MEMS技術(shù)，因此發(fā)展Sensor Hub單晶片的進(jìn)度超前其他競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手，預(yù)計(jì)將在2013年第一季發(fā)布整合安謀國(guó)際(ARM)Cortex-M0核心及加速度計(jì)的Sensor Hub單晶片，強(qiáng)攻智慧型手機(jī)、平板與可攜式電子裝置市場(chǎng)。 由于Cortex-M0是業(yè)界公認(rèn)功耗表現(xiàn)出色、效能也夠水準(zhǔn)的微控制器核心，經(jīng)由意法半導(dǎo)體的Multi-chip封裝技術(shù)與加速度計(jì)結(jié)合，即可獨(dú)立運(yùn)算感測(cè)資訊，避免動(dòng)用耗電量驚人的應(yīng)用處理器，達(dá)成行動(dòng)裝置多功能、低功耗設(shè)計(jì)要求。

無(wú)獨(dú)有偶，應(yīng)美盛近來(lái)也透過(guò)與德州儀器(TI)合作，加碼研發(fā)Sensor Hub單晶片。據(jù)了解，應(yīng)美盛以往側(cè)重Sensor Fusion技術(shù)，利用軟體機(jī)制轉(zhuǎn)換各種MEMS元件收集到的物理資訊，再配合旗下的數(shù)位運(yùn)動(dòng)感測(cè)處理器(DMP)做初步匯整，但主要運(yùn)算仍由系統(tǒng)主處理器擔(dān)綱。此舉雖能提升多元感測(cè)器精確性，卻增加系統(tǒng)復(fù)雜度，對(duì)功耗帶來(lái)更多影響;因此，應(yīng)美盛已逐漸改用Sensor Hub架構(gòu)。

郁正德更透露，Google在Android 4.0以后的版本，均已內(nèi)建類似Sensor Fusion功能的軟體機(jī)制，強(qiáng)化各種感測(cè)器資訊演算與校正，為其品牌合作伙伴做足準(zhǔn)備;也因此，MEMS廠將陸續(xù)轉(zhuǎn)攻Sensor Hub，在硬體層面下更多功夫，借以贏得行動(dòng)裝置業(yè)者青睞。 除 擴(kuò)充動(dòng)作感測(cè)功能外，多家手機(jī)大廠亦正著手布局MEMS雷射微投影方案，并計(jì)劃在2013年全球行動(dòng)通訊大會(huì)(MWC)中，大舉展出內(nèi)嵌MEMS微投影功能的樣品智慧型手機(jī)，為旗下產(chǎn)品創(chuàng)造新話題。

MEMS掃描晶片就位微投影手機(jī)MWC齊發(fā)

在MEMS晶片商與光學(xué)組裝廠全力沖刺下，新一代內(nèi)嵌式MEMS雷射微投影機(jī)的光學(xué)掃描晶片，可望于2013年導(dǎo)入量產(chǎn);同時(shí)，光機(jī)引擎組裝技術(shù)也將更趨成熟，包括解析度、亮度及尺寸規(guī)格均全面升級(jí)，因而已吸引多家一線智慧型手機(jī)品牌廠，爭(zhēng)相導(dǎo)入產(chǎn)品設(shè)計(jì)。

先進(jìn)微系統(tǒng)總經(jīng)理洪昌黎 表示，該公司已小量出貨MEMS掃描晶片，用于開(kāi)發(fā)單機(jī)或行動(dòng)裝置外掛式MEMS雷射微投影機(jī);預(yù)計(jì)2013年第三季將進(jìn)一步量產(chǎn)內(nèi)嵌式MEMS雷射微投影掃描晶片，并搭配專用影像處理器，提供完整的晶片組解決方案，以打造解析度720p以上、體積2立方公分(cm3)以下、亮度20?25流明(lm)且功耗僅1.2?1.5瓦(W)的內(nèi)嵌式MEMS微投影光機(jī)，爭(zhēng)取行動(dòng)裝置內(nèi)建商機(jī)。

至于意法半導(dǎo)體在2012年購(gòu)并bTendo，補(bǔ)強(qiáng)雷射投影光機(jī)技術(shù)后，亦進(jìn)一步揭橥MEMS掃描晶片發(fā)展藍(lán)圖。該公司運(yùn)用獨(dú)家Flying Spot內(nèi)嵌式微投影設(shè)計(jì)架構(gòu)，亦已打造一款特定應(yīng)用積體電路(ASIC)并推出參考設(shè)計(jì)，以減輕系統(tǒng)廠研發(fā)負(fù)擔(dān)。意法半導(dǎo)體技術(shù)行銷經(jīng)理王嘉瑜指出，2013年第三季，意法半導(dǎo)體還將發(fā)布升級(jí)方案，除解析度將擴(kuò)增至1,080p、亮度達(dá)25流明外，光機(jī)尺寸亦將縮減至1.5立方公分、高度5毫米(mm)以下，讓行動(dòng)裝置開(kāi)發(fā)商擁有更多設(shè)計(jì)空間。

隨著晶片與光機(jī)引擎技術(shù)到位，一線手機(jī)品牌廠也緊鑼密鼓投入產(chǎn)品設(shè)計(jì);其中尤以日本、韓國(guó)及中國(guó)大陸業(yè)者最為積極，已初步規(guī)畫(huà)在2013年MWC展會(huì)中，大秀內(nèi)建MEMS微投影功能的手機(jī)。洪昌黎不諱言，目前確實(shí)有不少手機(jī)OEM開(kāi)出內(nèi)嵌式微投影規(guī)格，因而吸引許多MEMS掃描晶片商積極搶單，甚至有兩家中國(guó)大陸新進(jìn)業(yè)者也躍躍欲試。

為卡位先期市場(chǎng)，先進(jìn)微系統(tǒng)正逐步擴(kuò)充晶片產(chǎn)能，并加緊部署內(nèi)嵌式MEMS掃描鏡(Scanning Mirror)、驅(qū)動(dòng)IC及光機(jī)設(shè)計(jì)專利備戰(zhàn)。洪昌黎分析，行動(dòng)裝置螢?zāi)唤馕龆炔粩嗯噬?，且?duì)輕薄度與功耗要求甚為嚴(yán)格，將為內(nèi)嵌式MEMS雷射微投影機(jī)帶來(lái)諸多挑戰(zhàn)，包括MEMS掃描晶片性能、光機(jī)尺寸和每瓦流明表現(xiàn)等，皆是技術(shù)突破重點(diǎn)與決勝關(guān)鍵，因此須及早展開(kāi)專利布局。

在微縮光機(jī)尺寸上，先進(jìn)微系統(tǒng)采用獨(dú)家單片二維MEMS掃描鏡技術(shù)，可較大多數(shù)市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手選用兩片MEMS掃描鏡，分別負(fù)責(zé)X、Y軸畫(huà)素?cái)X取的方案，節(jié)省更多設(shè)計(jì)空間。 洪昌黎強(qiáng)調(diào)，單片方案亦有助實(shí)現(xiàn)MEMS微投影機(jī)內(nèi)部晶片邁向高整合;該公司已計(jì)劃在2014年以互補(bǔ)式金屬氧化物半導(dǎo)體(CMOS)/MEMS晶圓級(jí)封裝技術(shù)，整并MEMS掃描晶片與驅(qū)動(dòng)IC成為一顆單晶片，屆時(shí)，光機(jī)尺寸將顯著下降。

高價(jià)/影像失真難解內(nèi)嵌微投影普及非易事

盡管內(nèi)嵌式MEMS雷射微投影技術(shù)迭有突破，然而，其晶片與模組價(jià)格偏高問(wèn)題卻如芒刺在背，短期內(nèi)恐難有商用手機(jī)上市。王嘉瑜不諱言，由于綠光雷射產(chǎn)能不足，多半業(yè)者仍以額外導(dǎo)入RGB調(diào)光機(jī)制的方式實(shí)現(xiàn)綠光，導(dǎo)致占整個(gè)內(nèi)嵌式微投影成本約50%的光機(jī)無(wú)法降價(jià)，連帶影響整個(gè)模組價(jià)格上看30?40美元，將影響手機(jī)內(nèi)嵌微投影的發(fā)展速度。 此外，雷射光束與MEMS掃描鏡之間的光源反射與折射難以避免，也將產(chǎn)生影像失真問(wèn)題，須引進(jìn)更多高頻控制元件或多種光學(xué)補(bǔ)償技術(shù)改善，墊高微投影技術(shù)投資成本。

因此，洪昌黎認(rèn)為，2013上半年廠商將以推出單機(jī)或手機(jī)外掛式MEMS微投影產(chǎn)品為主，并進(jìn)一步開(kāi)發(fā)內(nèi)建該功能的樣品手機(jī);待下半年MEMS微投影技術(shù)更成熟且發(fā)展出規(guī)​​模經(jīng)濟(jì)后，整體內(nèi)嵌式MEMS雷射微投影的出貨量才會(huì)逐漸提高。