因應(yīng)物聯(lián)網(wǎng)設(shè)計(jì)需求，感測(cè)器制造商無(wú)不致力精進(jìn)既有產(chǎn)品規(guī)格與效能，朝更高功能整合度和精準(zhǔn)度，以及更小元件尺寸與耗電量發(fā)展;同時(shí)也積極擴(kuò)增新產(chǎn)品線(xiàn)，如氣體感測(cè)器、紫外線(xiàn)感測(cè)器等，皆是布局的焦點(diǎn)。

　　物聯(lián)網(wǎng)(IoT)的三大關(guān)鍵架構(gòu)，包括感知層、網(wǎng)路層及應(yīng)用層。感測(cè)器(Sensor)在物聯(lián)網(wǎng)中扮演重要角色，物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用層面廣闊，進(jìn)而引發(fā)各式感測(cè)器的需求不斷增加，無(wú)論是智慧行動(dòng)裝置、建筑、汽車(chē)中，都可以看見(jiàn)其蹤跡。

　　動(dòng)作感測(cè)發(fā)展成熟　ST/Bosch看好環(huán)境感知

　　事實(shí)上，感測(cè)器發(fā)展最早是由汽車(chē)產(chǎn)業(yè)帶動(dòng)，而后任天堂(Nintendo)的Wii及蘋(píng)果(Apple)iPhone的成功，則開(kāi)啟微機(jī)電系統(tǒng)(MEMS)感測(cè)器在消費(fèi)性電子應(yīng)用商機(jī)，而今物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用興起，預(yù)料將驅(qū)動(dòng)MEMS感測(cè)器的第三波成長(zhǎng)。

　　Bosch Sensortec亞太區(qū)總裁百里博(Leopold Beer)表示，歷經(jīng)汽車(chē)與消費(fèi)性電子的洗禮后，MEMS感測(cè)器的技術(shù)與產(chǎn)品已更臻成熟，包括加速度計(jì)、陀螺儀、磁力計(jì)、壓力計(jì)、麥克風(fēng)，以及多軸、多功能整合的Combo感測(cè)器，皆已觸手可得。

　　下一階段，物聯(lián)網(wǎng)將成為驅(qū)動(dòng)MEMS感測(cè)器成長(zhǎng)的主要?jiǎng)恿?，并帶?dòng)各種智慧感測(cè)器、致動(dòng)器(Actuator)、特定應(yīng)用感測(cè)節(jié)點(diǎn)(Application Specific Sensor Node, ASSN)，以及客制化解決方案和多樣演算法的需求。

　　百里博進(jìn)一步指出，過(guò)去智慧型手機(jī)是引領(lǐng)MEMS感測(cè)器發(fā)展的要角，并衍生出加速度計(jì)、陀螺儀、磁力計(jì)、慣性量測(cè)單元(IMU)等動(dòng)作感測(cè)器需求，因而能實(shí)現(xiàn)更直覺(jué)的人機(jī)介面、擴(kuò)增實(shí)境(Augmented Reality)、攝影防手震、活動(dòng)監(jiān)測(cè)，以及室內(nèi)導(dǎo)航的多樣應(yīng)用。未來(lái)，MEMS的創(chuàng)新應(yīng)用則將由物聯(lián)網(wǎng)來(lái)主導(dǎo)，并朝向環(huán)境感知方向發(fā)展，包括高度計(jì)、濕度計(jì)(Humidity)、溫度計(jì)、氣體感測(cè)器、環(huán)境光感測(cè)器等，都將愈來(lái)愈顯重要。

　　意法半導(dǎo)體技術(shù)行銷(xiāo)經(jīng)理蘇振隆則分析，MEMS感測(cè)器在智慧型手機(jī)、平板等行動(dòng)裝置領(lǐng)域的應(yīng)用已愈來(lái)愈成熟，因此未來(lái)MEMS感測(cè)器的發(fā)展將有兩個(gè)重要變化，一是由行動(dòng)市場(chǎng)擴(kuò)張至其他應(yīng)用領(lǐng)域，包括智慧家電、汽車(chē)、工業(yè)及醫(yī)療等，另一則是由動(dòng)作感知邁向環(huán)境感知，以實(shí)現(xiàn)更多樣的感測(cè)功能。

　　也因此，意法半導(dǎo)體近期也推出一款紫外線(xiàn)(UV)感測(cè)器，經(jīng)過(guò)陽(yáng)光照射后可以直接呈現(xiàn)紫外線(xiàn)強(qiáng)度;且不若其他競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手推出的同類(lèi)產(chǎn)品，只能單純地顯現(xiàn)UVA及UVB波長(zhǎng)的訊息，該公司的感測(cè)器產(chǎn)品可直接呈現(xiàn)紫外線(xiàn)指數(shù)。

　　圖1　ST紫外線(xiàn)感測(cè)器可直接輸出紫外線(xiàn)指數(shù)資訊，大幅提升開(kāi)發(fā)效率。

　　蘇振隆進(jìn)一步解釋?zhuān)两袢騼H意法半導(dǎo)體的紫外線(xiàn)感測(cè)器能直接呈現(xiàn)紫外線(xiàn)指數(shù)，其他競(jìng)爭(zhēng)方案多半仍須利用額外的MCU來(lái)計(jì)算感測(cè)器所擷取的UVA/UVB波長(zhǎng)指數(shù)，才能再轉(zhuǎn)換成紫外線(xiàn)指數(shù)，因此耗電量相對(duì)也會(huì)增加。

　　除此之外，意法半導(dǎo)體的紫外線(xiàn)感測(cè)器尺寸只有2.5毫米(mm)×2.5mm×1mm，且產(chǎn)品已有與專(zhuān)業(yè)的紫外線(xiàn)檢測(cè)儀器做過(guò)驗(yàn)證，所以毋須擔(dān)心感測(cè)出的結(jié)果不夠精確。

　　Bosch Sensortec也看好未來(lái)環(huán)境感測(cè)器市場(chǎng)，并瞄準(zhǔn)行動(dòng)裝置、穿戴式裝置，以及智慧家庭市場(chǎng)積極搶攻。以該公司近日推出的MEMS Combo環(huán)境感測(cè)器--BME680為例，已整合了大氣壓力、溫度、濕度與氣體(Gas)四種環(huán)境感測(cè)功能，且封裝尺寸僅3mm×3mm×0.93mm，為一款高整合環(huán)境感測(cè)器解決方案。

　　另一方面，Bosch Sensortec近日也與戴樂(lè)格(Dialog)共同推出低功耗智慧型感測(cè)器平臺(tái)。此平臺(tái)可支援穿戴式運(yùn)算裝置、沉浸式游戲(包括擴(kuò)增實(shí)境)、3D室內(nèi)定位，以及導(dǎo)航服務(wù)的手勢(shì)辨識(shí)。

　　據(jù)了解，此平臺(tái)結(jié)合了戴樂(lè)格的DA14580系統(tǒng)單晶片(SoC)與Bosch Sensortec的三種低功耗感測(cè)器，包括BMM150三軸磁力計(jì)、BME280環(huán)境感測(cè)器，以及一款結(jié)合了三軸加速度計(jì)和三軸陀螺儀的BMI160;值得注意的是，該感測(cè)器平臺(tái)功率消耗低于500μA。

　　該公司的BMI160六軸慣性量測(cè)單元將一個(gè)16位元三軸Low-g加速度計(jì)和一個(gè)低功耗三軸陀螺儀整合在一顆晶片內(nèi)。當(dāng)加速度計(jì)與陀螺儀處于完整工作模式時(shí)，典型的電流消耗為950μA，僅為競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手推出解決方案的一半。

　　ams力推高精準(zhǔn)/高整合穿戴感測(cè)元件

　　以往晶片商通常只出售晶片，而手機(jī)與穿戴式裝置制造商必須自己思考元件如何搭配使用;奧地利微電子(ams)臺(tái)灣區(qū)總經(jīng)理李定翰認(rèn)為，現(xiàn)在的客戶(hù)需要的不是只有晶片，而是更高精準(zhǔn)度、高整合度，以及高相容性的完整解決方案。

　　以?shī)W地利微電子推出的心跳監(jiān)測(cè)解決方案為例，其是一種用于腕帶型裝置后面的感測(cè)器，搭配不同發(fā)光二極體(LED)和演算法，便可測(cè)得心率、血氧飽和度及血壓等生命體征。

　　除了元件高相容性之外，李定翰認(rèn)為，“精準(zhǔn)度”也是感測(cè)器元件的一大重點(diǎn)。該公司與其競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手的產(chǎn)品相較下，精準(zhǔn)度可達(dá)二至三倍以上，甚至有些可以高達(dá)十倍。

　　據(jù)了解，若是感測(cè)器精準(zhǔn)度偏低，其搜集而來(lái)的數(shù)據(jù)送至后臺(tái)運(yùn)算后可信度極低;所以裝置測(cè)得的不單單只是心跳、血氧及血壓等數(shù)據(jù)，而是其后面更廣大的個(gè)人健康規(guī)畫(huà)市場(chǎng)。

　　李定翰補(bǔ)充，現(xiàn)在醫(yī)學(xué)進(jìn)步，人類(lèi)的生命周期延長(zhǎng)，此裝置可以延伸為使用者個(gè)人的健康管理設(shè)備，若是數(shù)據(jù)不夠準(zhǔn)確，該裝置只能視為玩具而非設(shè)備，所以感測(cè)器的精準(zhǔn)度十分重要。

　　圖2　亞德諾半導(dǎo)體亞太區(qū)MEMS市場(chǎng)經(jīng)理趙延輝表示，“低功耗”是所有感測(cè)器業(yè)者關(guān)注的技術(shù)重點(diǎn)，該公司推出的產(chǎn)品皆以低功耗為主要訴求。

　　ADI/QuickLogic開(kāi)發(fā)低功耗/小體積元件

　　無(wú)論是何種感測(cè)器，皆會(huì)走向小尺寸、低功耗以及高整合的設(shè)計(jì)方式。亞德諾(ADI)半導(dǎo)體認(rèn)為，穿戴式裝置崛起將對(duì)于感測(cè)元件的功耗與體積有更進(jìn)一步的要求。

　　亞德諾半導(dǎo)體亞太區(qū)MEMS市場(chǎng)經(jīng)理趙延輝(圖2)表示，“低功耗”一直是所有感測(cè)器業(yè)者關(guān)注的重點(diǎn)，該公司推出的產(chǎn)品皆以低功耗為主要導(dǎo)向。舉例來(lái)說(shuō)，中國(guó)小米手環(huán)中所使用的ADI感測(cè)器元件ADXL362(圖3)，便是以低功耗著稱(chēng)。

　　該感測(cè)器元件是一款超低功耗、三軸MEMS加速度計(jì)，輸出資料速率為100Hz時(shí)功耗低于2μA，在運(yùn)動(dòng)觸發(fā)喚醒模式下功耗為270nA。與使用功率工作周期來(lái)實(shí)現(xiàn)低功耗的加速度計(jì)不同。

　　圖3　ADI感測(cè)器元件ADXL362

　　另一方面，QuickLogic也認(rèn)為節(jié)能低功耗的產(chǎn)品是感測(cè)器的一大重點(diǎn)。該公司推出靈敏且低功耗的感測(cè)器平臺(tái)，此平臺(tái)能以少量功耗提供比傳統(tǒng)基于ARM Cortex-M4F微控制器(MCU)的感測(cè)器集線(xiàn)器(Sensor Hub)方案高出80%的運(yùn)算效能。

　　QuickLogic產(chǎn)品管理資深總監(jiān)Frank A. Shemansky, Jr.(圖4)表示，該平臺(tái)為一多核心的系統(tǒng)單晶片(SoC)，內(nèi)含三個(gè)專(zhuān)屬處理引擎，包括該公司的μDSP-like FFE、ARM Cortex-M4F MCU，以及一組前端感測(cè)器管理器。FFE和感測(cè)器管理器可進(jìn)行大量演算處理，可將浮點(diǎn)MCU的工作周期降至最低。

　　圖4　QuickLogic感測(cè)器集線(xiàn)器平臺(tái)架構(gòu)

　　QuickLogic設(shè)計(jì)的這一款靈敏且高效能的平臺(tái)，能在運(yùn)行常時(shí)開(kāi)啟(Always On)語(yǔ)音觸發(fā)和識(shí)別，同時(shí)其耗能低于350微安培，比以往基于MCU的解決方案為佳。

　　消費(fèi)者胃口加大　東芝提升CMOS感測(cè)畫(huà)素

　　如同MEMS感測(cè)器朝向小尺寸、低功耗與高功能整合發(fā)展，CMOS影像感測(cè)器的規(guī)格演進(jìn)路線(xiàn)也大致相同。以東芝(Toshiba)為例，即不斷致力朝這些方向努力。

　　圖5　臺(tái)灣東芝電子股份有限公司半導(dǎo)體行銷(xiāo)部經(jīng)理周彥勛表示，CMOS影像感測(cè)器規(guī)格將隨著消費(fèi)市場(chǎng)需求的變化，持續(xù)演進(jìn)。

　　臺(tái)灣東芝電子半導(dǎo)體行銷(xiāo)部經(jīng)理周彥勛(圖5)表示，未來(lái)?yè)碛凶詣?dòng)對(duì)焦、高畫(huà)素及高解析的手機(jī)相機(jī)，方能符合消費(fèi)者要求。目前市面上多款智慧型手機(jī)相機(jī)中的CMOS影像感測(cè)器，皆已內(nèi)建相位檢測(cè)對(duì)焦(Phase Detection Auto Focus, PDAF)功能。東芝看好此一發(fā)展前景，不僅提升該公司CMOS感測(cè)器畫(huà)素(Pixel)，也于其中內(nèi)建PDAF快速對(duì)焦功能。

　　周彥勛強(qiáng)調(diào)，使用者對(duì)于手機(jī)相機(jī)畫(huà)素要求越來(lái)越高，且照相功能也一直受到消費(fèi)者關(guān)注，在此情況下，東芝的CMOS影像感測(cè)器，為因應(yīng)市場(chǎng)上智慧型手機(jī)相機(jī)的需求，已推出800、1,300、1,600及2,000畫(huà)素的解決方案，并于其中內(nèi)建PDAF，實(shí)現(xiàn)快速對(duì)焦功能。

　　周彥勛補(bǔ)充，為了因應(yīng)市場(chǎng)上的需求，東芝未來(lái)將開(kāi)發(fā)Super Pixel，加強(qiáng)解析度與連拍，在高速連拍多張照片后，可合成一張超高解析度的影像;而目前該公司感測(cè)器的畫(huà)素尺寸以1.12μm為主，未來(lái)會(huì)朝更微小化邁進(jìn)。

　　顯而易見(jiàn)，物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展風(fēng)潮順勢(shì)帶起了感測(cè)器的強(qiáng)大需求，相關(guān)廠商無(wú)不加速投入市場(chǎng)布局，但不論是何種感測(cè)器，低功耗、小尺寸、高精準(zhǔn)、高整合是目前感測(cè)器廠商在開(kāi)發(fā)、設(shè)計(jì)產(chǎn)品時(shí)的重要考量。隨著制造商爭(zhēng)相推出消費(fèi)者期待的解決方案，未來(lái)物聯(lián)網(wǎng)中各式感測(cè)器產(chǎn)品將會(huì)更加完備，表現(xiàn)能力也將更上一層樓。