低功耗Sensor Hub成標(biāo)配　穿戴裝置傳感功耗驟降

　　晶心科技市場(chǎng)及服務(wù)部協(xié)理賴(lài)俊澤認(rèn)為，除了低功耗IP核心之外，Sensor Hub的IP還要具備易整合的開(kāi)發(fā)環(huán)境以及客制化指令集等特色。以晶心科技的E801系列為例，該產(chǎn)品除可支援復(fù)雜的感測(cè)資料運(yùn)算之外，最大特色即是具備安謀國(guó)際(ARM)及其他IP大廠(chǎng)所沒(méi)有的客制化指令集服務(wù)。

　　賴(lài)俊澤指出，過(guò)去有提供客制化指令集服務(wù)的IP廠(chǎng)商，后來(lái)多碰到周邊開(kāi)發(fā)環(huán)境支援不足，反而增加設(shè)計(jì)負(fù)擔(dān)的窘境，因而紛紛暫停提供此類(lèi)服務(wù);而晶心科技則是“站在巨人的肩膀上看世界”，推出客制化指令集的同時(shí)，也汲取先進(jìn)者的經(jīng)驗(yàn)，同步優(yōu)化指令集周邊的開(kāi)發(fā)環(huán)境，并提供客戶(hù)完整產(chǎn)品開(kāi)發(fā)資源，讓晶片開(kāi)發(fā)商除了能設(shè)計(jì)出超低功耗的Sensor Hub方案外，亦能借助開(kāi)放的指令集設(shè)定，開(kāi)發(fā)出各式各樣客制化的Sensor Hub元件。

　　值得注意的是，雖然目前Sensor Hub皆以單一核心為主，但近期恩智浦(NXP)已推出非對(duì)稱(chēng)雙核心的Sensor Hub概念，強(qiáng)攻穿戴式、物聯(lián)網(wǎng)裝置市場(chǎng)。

　　據(jù)了解，恩智浦新推出的相關(guān)系列產(chǎn)品，其非對(duì)稱(chēng)雙核心架構(gòu)可使處于工作狀態(tài)下的MCU降低耗能，如開(kāi)發(fā)人員可使用每單位兆赫電流為55μA/MHz的 Cortex-M0+核心處理器，來(lái)完成感測(cè)器資料的獲取、整合及外部通訊等任務(wù);當(dāng)MCU須以更快的速度執(zhí)行如融合動(dòng)作感測(cè)器等復(fù)雜且密集的數(shù)學(xué)演算時(shí)，即可切換至每單位兆赫電流為100μA/MHz的Cortex-M4F核心處理器，進(jìn)而優(yōu)化MCU效能，并節(jié)省能源(圖4)。

　　圖4　非對(duì)稱(chēng)雙核心Sensor Hub配置示意圖　資料來(lái)源：恩智浦

　　賴(lài)俊澤認(rèn)為，非對(duì)稱(chēng)雙核心確實(shí)有助于進(jìn)一步降低Sensor Hub功耗，這種設(shè)計(jì)方式也為其他業(yè)者指引另一條道路，未來(lái)可望形成另一種設(shè)計(jì)風(fēng)潮(圖5)。

　　圖5　非對(duì)稱(chēng)雙核心Sensor Hub可大幅提升效能并減少電力消耗?！≠Y料來(lái)源：恩智浦

　　值得注意的是，MCU并非唯一能提供低功耗Sensor Hub的解方，業(yè)界還有許多以超低功耗為訴求的Sensor Hub產(chǎn)品形式，如現(xiàn)場(chǎng)可編程閘陣列(FPGA)或是客戶(hù)特定標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)品(CSSP)等。

　　據(jù)悉，CSSP的超低功耗Sensor Hub能以低于1毫瓦(mW)的功耗運(yùn)作，系MCU方案的三十分之一，因此該方案未來(lái)在穿戴式電子市場(chǎng)亦極具發(fā)展?jié)摿?圖6)。

　　圖6　超低功耗CSSP Sensor Hub功能區(qū)塊、外部應(yīng)用示意圖　資料來(lái)源：QuickLogic

　　此外，MEMS晶片商亦積極研擬整合MEMS感測(cè)器、微型且低功耗的Sensor Hub方案。

　　百里博透露，Bosch Sensortec日前即將整合加速度計(jì)、陀螺儀、磁力計(jì)的九軸慣性量測(cè)單元，與預(yù)先編碼的微控制器整合，可執(zhí)行完整的數(shù)據(jù)融合與校正，這也是市面上首見(jiàn)真正的隨插即用(Plug and Play)九軸感測(cè)器數(shù)據(jù)融合模組。

　　整合度躍進(jìn)　Sensor Hub邁向微型智慧系統(tǒng)

　　Sensor Hub的另一個(gè)發(fā)展趨勢(shì)，則是整合度將更上一層樓。為了完善穿戴式裝置感測(cè)應(yīng)用開(kāi)發(fā)環(huán)境，Sensor Hub供應(yīng)商正積極攜手MEMS感測(cè)器及通訊晶片廠(chǎng)商，打造高整合度的Sensor Hub平臺(tái)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)微型智慧系統(tǒng)(Small Smart System)的愿景。

　　圖7　QuickLogic總裁暨執(zhí)行長(zhǎng)Andrew J. Pease預(yù)估，高整合度的Sensor Hub將更趨重要，以加速中低價(jià)穿戴式產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)并降低其研發(fā)成本。

　　QuickLogic 總裁暨執(zhí)行長(zhǎng)Andrew J. Pease(圖7)表示，預(yù)估至2015年時(shí)，價(jià)格區(qū)間位于100?250美元，且沒(méi)有高階顯示螢?zāi)坏闹械蛢r(jià)穿戴式裝置，如智慧型手環(huán)等，也可望大量采用 Sensor Hub;因此，如何加速中低價(jià)穿戴式產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)并降低其研發(fā)成本，就成了一個(gè)重要的課題。

　　有鑒于此，Sensor Hub解決方案開(kāi)發(fā)商除了將MEMS感測(cè)器與Sensor Hub整合在一起外，也開(kāi)始將無(wú)線(xiàn)射頻(RF)方案納入，以進(jìn)一步降低其功耗及占位面積;隨著平臺(tái)整合度提高，Sensor Hub就成了一個(gè)不僅有控制中樞，同時(shí)也具備感測(cè)能力以及與外界溝通能力的微型智慧系統(tǒng)。

　　以CSSP業(yè)者QuickLogic為例，該公司日前即發(fā)表一款整合藍(lán)牙低功耗(BLE)技術(shù)的穿戴式Sensor Hub開(kāi)發(fā)套件--TAG-N。該開(kāi)發(fā)套件采用QuickLogic的ArcticLink3 S2超低功耗Sensor Hub、QuickLogic所開(kāi)發(fā)的演算法，以及直接連接至Nordic半導(dǎo)體的多協(xié)議開(kāi)發(fā)套件--nRF51 DK，以讓開(kāi)發(fā)商能在nRF51822系統(tǒng)單晶片(SoC)上進(jìn)行無(wú)線(xiàn)開(kāi)發(fā)。

　　Pease指出，在Sensor Hub應(yīng)用平臺(tái)中納入聯(lián)網(wǎng)方案，能提升穿戴式裝置與外界通訊的能力，使感測(cè)資料更能即時(shí)地被處理及傳輸;因此該平臺(tái)非常適合需要快速原型設(shè)計(jì)的穿戴式裝置開(kāi)發(fā)商。

　　另一方面，MEMS感測(cè)器大廠(chǎng)意法半導(dǎo)體(ST)則是提出異質(zhì)整合的Sensor Hub產(chǎn)品概念。事實(shí)上，意法半導(dǎo)體已采用系統(tǒng)級(jí)封裝(SiP)等先進(jìn)微型封裝技術(shù)，開(kāi)發(fā)出高整合度的解決方案，其整合三軸的加速度計(jì)、藍(lán)牙 (Bluetooth)晶片及微控制器，體積僅10立方毫米，該公司更號(hào)稱(chēng)其為全世界最小的微型智慧系統(tǒng)。

　　綜上所述，可發(fā)現(xiàn)MEMS感測(cè)器及Sensor Hub的功耗、整合度，將是穿戴式裝置在開(kāi)發(fā)過(guò)程中的重要考量;而隨著IP廠(chǎng)及晶片商爭(zhēng)相推出符合市場(chǎng)需求的解決方案，未來(lái)穿戴式裝置感測(cè)系統(tǒng)的功耗表現(xiàn)將會(huì)更加理想，可望滿(mǎn)足消費(fèi)者對(duì)于穿戴式裝置電池續(xù)航力的期待。