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低功耗SensorHub成标配穿戴装置传感功耗骤降

发布时间:2020-07-21 17:36:33 阅读: 来源:造雪机厂家

穿戴式装置续航力可望大幅提升。穿戴式装置配备的感测功能不断增加,促使晶片商加紧研发更省电的微机电系统(MEMS)感测器,并开始提出低功耗感测器中枢(Sensor Hub)方案,以减轻主处理器工作负担,让整体感测系统耗电量大幅下降。

本文引用地址:穿戴式装置感测系统功耗可望大幅降低。穿戴式装置受限于体积,因此内部电池蓄电量无法尽如人意,容易引发使用者体验不佳等问题;因此,相关业者无不戮力精进电源管理技术,同时竭尽所能降低相关元件的耗电量,或是透过更有效的系统配置方式,降低主处理器的运作负担,以满足穿戴式装置内感测系统常时开启 (Always-on)的需求。

图1Bosch Sensortec亚太区总裁百里博表示,整合温/湿/压/气感知的Combo环境感测器,可符合穿戴式装置对体积与功耗的设计要求。

Bosch Sensortec亚太区总裁百里博(Leopold Beer)(图1)表示,目前市面上已有各种穿戴装置,但2014年穿戴装置出货状况却是差强人意。探究其原因,主要是现今市面上的穿戴装置方案不管设计如何精良,或技术如何先进,都无法确实满足使用者的期待。

百里博进一步分析,使用者购买穿戴式产品主要有三大考量,分别为设计、连结性与功能性。然而,这三项需求彼此有其矛盾之处;例如网路连结性与电池使用时间的冲突,就会压抑产品功能性的发挥。

也因此,目前市面上的方案只能针对特定使用族群提供一个折衷选择,这种不明确的市场区隔正说明了为什么穿戴式产品无法成为主流趋势,同时也指出新一代穿戴装置必须克服的问题。

为突破上述挑战,打造更好的使用者体验,穿戴式装置与晶片开发商已积极采纳新的设计方法,如使用高整合型感测器,或引入低功耗感测器中枢(Sensor Hub)。

满足穿戴式装置尺寸/低电量需求MEMS感测器整合度/功耗迭有突破

以微机电系统(MEMS)感测器来说,在产品设计弹性上即有不少进展。继动作感测器惯性量测单元(IMU)突破九轴设计瓶颈后,环境感测器的多功能组合(Combo)设计也突破层层关卡。

以Bosch Sensortec最新发布的MEMS Combo环境感测器为例,该公司瞄准行动装置、穿戴式装置应用,日前已成功开发出整合大气压力、温度、湿度与气体(Gas Sensor)四种感测器的Combo环境感测器--BME680,且封装尺寸仅3毫米(mm)×3毫米×0.93毫米,为目前业界独树一格的高整合 Combo环境感测器方案(图2)。

图2整合温度、湿度、压力、气体感测功能的Combo环境感测器图片来源:Bosch Sensortec

百里博表示,微机电系统感测器体积必须尽可能缩小,为了达到这个目标,最有效的方法是把各种感测器功能整合在一个微小的封装,这可让系统介面整合之应用最大化,并降低封装制造费用。

事实上,日前Bosch Sensortec发布的BME680,即是同时整合四种环境感测器,包括常见的大气压力、温度、湿度感测器,以及检测室内空气品质的气体感测器。

据了解,气体感测器可监测室内环境中,涂料、油漆、脱漆器、清洁用品、家具、办公设备、胶水、黏合剂、酒精等产品上的挥发性有机化合物(VOC)的浓度,例如甲醛;若再结合温度、湿度、压力感测器,则可提供行动装置、穿戴式装置及其他物联网应用更为全面的环境感知能力。

不过,光提升感测器的整合度仍然不够,降低穿戴式感测器功耗仍为首要重点。百里博认为,现今大多数感测器并不符穿戴式应用对高电源效率与高整合度的要求;而要降低感测器数据融合(Fusion)处理的耗电量,必须透过特殊设计与优化的处理器与感测器整合。也因此,MEMS感测器厂商除须提供更高整合度与更多样化的产品之外,还须持续开发更低功耗的MEMS感测器,以符合使用者的期待。

百里博指出,如果要达到低功率消耗的目标,有几个因素必须最佳化,其中最重要的绝对是低耗能的感测器,其次是感测器资料处理的效能。Bosch Sensortec积极就这两个因素进行研发,因此能提供消费性电子产品所需的最低功耗微机电加速度计、陀螺仪与大气压力感测器。

为了降低感测器数据融合与资料处理的功耗,除了从元件设计下手外,高效率的演算法亦能发挥关键作用;以惯性量测单元--BMI160为例,该元件可在低功耗状态下,透过演算法持续进行外部资讯侦测,并整合精确的计步功能,且其电流消耗仅为20微安培(μA)。

不过,空有低功耗的感测器仍然不足。由于感测器必须常时开启,使得主处理器必须时时处于运作状态,而不能随意进入休眠模式,长期以往对于主处理器而言将造成庞大的运算负担;因此,有愈来愈多的穿戴式装置开始导入Sensor Hub元件,以进一步降低感测系统功耗。

晶片商争相竞逐低功耗Sensor Hub大举出笼

图3晶心科技总经理林志明表示,晶心科技的IP除了具备低功耗特性外,亦提供客制化指令集服务,可协助晶片商开发客制化的Sensor Hub产品。

晶心科技总经理林志明(图3)表示,Sensor Hub已成为未来穿戴式装置的标准配备,且以微控制器(MCU)为主的Sensor Hub形式仍占据多数。

林志明进一步指出,做为次要处理器的Sensor Hub,其内部矽智财(IP)核心与系统配置要求以低功耗为第一顺位,与行动装置一味追求高效能、多核心的发展方向大相迳庭。

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