以意法半導體目前已開始送樣的新一代陀螺儀產品為例,其操作電流可降到2毫安培,與前一代6毫安培的方案相較,可為整體穿戴式裝置省卻約60%的耗電量。
值得注意的是,由于加速度計是一般穿戴式產品百分之百會采用的MEMS感測器,因此意法半導體也推出將新一代低功耗陀螺儀與加速度計整合的六軸感測器方案,且因加速度計功耗為10微安培的極低耗電量,因此透過SiP技術將兩顆MEMS元件封裝在一起后,整體功耗仍為2毫安培左右,與單顆三軸陀螺儀相差無幾。
李炯毅透露,待單顆低功耗三軸陀螺儀及整合加速度計的六軸方案于今年正式量產后,該公司下一步即是考慮開發整合低功耗陀螺儀、加速度計與磁力計的九軸感測器方案,讓穿戴式裝置的情境感知功能更為省電。他表示,目前已有不少穿戴式裝置開發商,表達對新一代低功耗陀螺儀及六軸感測方案的高度興趣,預計2014年第二季即可看到搭載該方案的終端產品面世。
據悉,采用低功耗陀螺儀方案的穿戴式裝置,將以能提供監測及感知劇烈體感動作的功能為訴求,如須監測角速度變化的高爾夫球運動。
不過,李炯毅認為,目前MEMS元件商在微縮尺寸、降低功耗、提高元件整合度等三方面的技術水準已相差無幾,若只致力于將MEMS感測器的尺寸及功耗降低,長此以往必然無法做到產品差異化的效果;因此,感測器、MCU與無線射頻元件廠商亦擬開發三大元件的高整合方案,期能共食穿戴式裝置市場大餅。
穿戴式裝置更智慧MCU/MEMS/RF高整合方案出鞘
意法半導體資深技術行銷經理郁正德強調,MCU、MEMS感測器與無線射頻元件的整合,將是元件商未來力拓的解決方案。
意法半導體大中華暨南亞區類比、微機電與感測元件資深技術行銷經理郁正德(圖5)表示,穿戴式裝置系一最基本的聯網設備,須有能搜集資訊的感測裝置、能處理資訊做出反應的控制中樞以及能與外界互動、交換資訊的傳輸能力,因此MCU、MEMS感測器與無線射頻元件的整合將是半導體廠商未來力拓的解決方案。
初步整合階段將以MEMS感測器與MCU結合的感測器中樞(SensorHub)為主,而目前亦有MEMS元件商正攜手MCU廠商開發高整合方案;如BoschSensortec即偕同愛特梅爾(Atmel)等MCU廠商發布九軸MEMS感測器與Cortex-M0+MCU整合的產品,尺寸為5毫米×4.5毫米。
郁正德表示,相較于異業結盟,同時擁有MCU與MEMS產品線的意法半導體優勢更加顯著。意法半導體將在2014年相繼量產三軸加速度計整合Cortex-M0MCU,以及六軸感測器(加速度計與低功耗陀螺儀)整合Cortex-M0MCU的SiP封裝方案,而九軸感測器與Cortex-M0的整合方案則預計在年底前完成送樣,三款方案尺寸皆僅3毫米×3毫米。
另一方面,MCU廠商亦正積極發動攻勢。以芯科實驗室為例,該公司即利用互補式金屬氧化物半導體(CMOS)制程,將MCU、無線收發器及感測器整合在一系統單晶片(SoC)上。
Sharma進一步表示,芯科實驗室目前已針對ZigBee應用開發出32位元MCU與RF整合的SoC方案,未來該公司則計劃開發出32位元MCU加上感測器,且可支援多種無線傳輸協定的超低功耗SoC方案。
不過郁正德認為,在多種無線傳輸技術中,考量功耗、傳輸數據量、傳輸距離、生態系統健全程度等多方因素,最適合用于穿戴式裝置的非藍牙(Bluetooth)技術莫屬,因此藍牙與MEMS感測器及MCU整合的微型智慧型系統方案,將是意法半導體未來開發的重點。
另一方面,由于穿戴式電子產品所配備的電池容量通常較小,因此半導體廠商除致力降低元件功耗外,亦推出整合無線充電功能的藍牙Smart單晶片方案,讓穿戴式裝置可隨時補充電力,包括博通(Broadcom)、Nordic等晶片商皆已發布相關產品。
穿戴式商機夯藍牙整合無線充電方案勢起
博通嵌入式無線網路連結裝置資深總監BrianBedrosian表示,除了無線區域網路(Wi-Fi)技術外,導入藍牙Smart技術的產品數量也正以驚人的速度成長,并迅速成為許多以電池供電的小型穿戴式裝置的核心技術;而具備無線充電技術與低功耗特性的解決方案,不僅有助于原始設備制造商(OEM)為各種應用市場設計出更高效能的產品,亦能推動次世代穿戴式裝置的發展,讓穿戴式裝置的性能得以發揮到淋漓盡致。
隨著無線電力聯盟(A4WP)于2013年12月中旬發布其產品識別標章--Rezence,不少晶片開發商亦已蠢蠢欲動,如Nordic于Rezence面世后旋即發表針對旗下藍牙低功耗SoC--nRF51系列所開發的A4WP無線充電軟體開發套件(SDK),強化其藍牙低功耗產品戰力。
博通同樣于日前針對旗下的無線網路連結裝置平臺--WICED,新增一款整合A4WP無線充電功能的藍牙SmartSoC--BCM20736。據悉,該晶片搭載安謀國際Cortex-M3處理器,并具備高整合度與小巧外型的優勢,可降低穿戴式裝置的耗電量,延長電池續航力,達到比其他競爭產品更低的成本與功耗。
著眼于多種穿戴式元件規格大翻新,為助力開發商加速穿戴式裝置產品設計及上市時程,參考設計平臺(ReferenceDesignPlatform)亦正如雨后春筍般冒出。繼德州儀器、瑞芯微、新唐科技等處理器廠商競相發布相關解決方案后,飛思卡爾、英特爾(Intel)針對穿戴式裝置所開發之參考設計平臺亦陸續亮相,讓市面上的穿戴式參考平臺更為五花八門,開發商設計產品時也能更加快、狠、準。
處理器廠強推參考設計穿戴式產品開發快狠準
飛思卡爾全球行銷與業務開發總監RajeevKumar表示,穿戴式裝置是物聯網(IoT)中感測器節點的最后一環,為了讓物聯網能夠火速成形,針對穿戴式裝置所開發的參考設計平臺能讓設計過程更有效率,設計人員與原始設備制造商也能隨時因應市場變化,迅速調整從產品概念到產品原型的開發時程。
晶奇光電總經理吳世彬進一步分析,在穿戴式裝置市場成長階段的前期,最重要的推手就是有能力將各種關鍵零組件整合在一起的系統開發商,讓市場在初步成形階段即能夥同更多玩家將這塊市場餅做大;而這種角色通常系由裝置的心臟--也就是處理器廠商負此重任,也因此現在市面上開始陸陸續續出現,由處理器廠商推出的穿戴式裝置參考設計平臺。
根據不同的產品形式及開發社群,這些參考設計平臺提供的元件整合程度及設計彈性也不盡相同。