运动传感器可透过监视物体及其周遭的相对位置变化，来侦测或追踪动作，常被应用在各类电子装置的人机互动，或透过收集到的有用信息监测环境变化。随着微机电 (MEMS) 技术的加入，大幅缩减感测装置体积，让运动传感器市场更见宽广；消费类加速计需求的上扬，亦促使 MEMS 与运动传感器更加合作无间。日前甫于微机电全球高峰会荣获年度 MEMS 制造商奖的意法半导体 (ST) 援引 Semico Research 统计表示，2015 年全球 MEMS 销售额逾 142 亿美元，预计 2020 年将上看 287 亿美元，其间年复合成长率 (CAGR) 达 15.1%。
MEMS 与模拟技术互补，如手眼紧密合作
ST 执行副总裁暨模拟、MEMS 事业群总经理 Benedetto Vigna 以「and」这个连接词，来妙喻 MEMS 的独特地位，认为 MEMS 体现的是「多元化」(diversification) 意涵，可与各类产品、技术合体；其中高性能六轴 MEMS 传感器模块已成消费电子和物联网装置的重要组件，在推动智能型手机转换至智能型个人助理的过程扮演要角。Vigna 指出，物联网 (IoT) 的真谛在于任何系统都能利用网络及其生态，硬件上可分为三大区块：节点、网关和云端，而云端运算、低成本嵌入式计算机、可靠无线连接与低成本传感器的快速创新是决胜关键。
ST 执行副总裁暨模拟、MEMS 事业群总经理 Benedetto Vigna 以「and」这个连接词，来妙喻 MEMS 的独特地位，认为 MEMS 体现的是「多元化」(diversification) 意涵，可与各类产品、技术合体；其中高性能六轴 MEMS 传感器模块已成消费电子和物联网装置的重要组件，在推动智能型手机转换至智能型个人助理的过程扮演要角。Vigna 指出，物联网 (IoT) 的真谛在于任何系统都能利用网络及其生态，硬件上可分为三大区块：节点、网关和云端，而云端运算、低成本嵌入式计算机、可靠无线连接与低成本传感器的快速创新是决胜关键。
照片人物：ST 执行副总裁暨模拟、MEMS 事业群总经理 Benedetto Vigna
位居最前线的「节点」，由形式多元的智能产品负责感测、讯号处理、传输、电源管理及资料保全等工作，以完成数据采集及交付。Vigna 强调，MEMS 与感测接口、连接、讯号调节和功耗等模拟技术具有互补性，一如手、眼互动；而 ST 是业界唯一拥有完整微加工硅组件研发能力的厂商 (包括传感器和微致动器)，并在多项应用深耕已久，包括：穿戴装置、活动追踪、虚拟现实、心率监测、无人机、防盗系统、车用和环境侦测等。「低功耗」则是 ST 另一个强项，对于电池供电的全功能消费类马达驱动尤其具有优势，迄今 MEMS 出货量已超过 110 亿件。
图1：ST 在 MEMS 感测及致动拥有广泛的产品组合
数据源：ST 提供
Vigna 表示，传感器、致动器与相关模拟科技为创造真实与数字世界沟通接口的核心元素，载体则以智能手机与穿戴装置为大宗。除了传统认知的运动传感器，ST 还开发出光学防抖、快速对焦等产品；手机的推陈出新，为 MEMS 提供更大的舞台。近来在全球造成骚动的 Pokémon GO (精灵宝可梦 GO)，可谓是 MEMS 连手扩增实境 (AR) 具体实现的里程碑；MEMS 下一波部署将扩及家庭、工作场所、城市和交通工具。特别一提的是，在微控制器 (MCU) 领域享有盛名的 ST 并未采取将 MCU 与复合式 (Combo) 传感器整合成一个器件的产品策略。
不盲从「感测融合」，MCU 不在常态整合之列
有别于同业主打「传感器中枢」(Sensor Hub) 的作法，ST 仍主张以单一或复合式传感器出货。模拟、微机电与感测组件应用经理陈建成说明，会倾向整合多是着眼于电路板面积有限或减少组件数量以降低功耗，但因顾及有些用户希望将磁力计独立出来，以免产生干扰，故复合式产品仍以加速度计与陀螺仪版本 (A+G) 为主流；若用户需要获得更多资源达成「感测融合」(Sensor Fusion) 目标，ST 凭借本身雄厚的 MCU 实力及丰富传感器产品线，也能协同 IDH (Independent Design House，独立设计公司) 和第三方软件厂商提供 turkey solution。
有别于同业主打「传感器中枢」(Sensor Hub) 的作法，ST 仍主张以单一或复合式传感器出货。模拟、微机电与感测组件应用经理陈建成说明，会倾向整合多是着眼于电路板面积有限或减少组件数量以降低功耗，但因顾及有些用户希望将磁力计独立出来，以免产生干扰，故复合式产品仍以加速度计与陀螺仪版本 (A+G) 为主流；若用户需要获得更多资源达成「感测融合」(Sensor Fusion) 目标，ST 凭借本身雄厚的 MCU 实力及丰富传感器产品线，也能协同 IDH (Independent Design House，独立设计公司) 和第三方软件厂商提供 turkey solution。
「把 MCU 放进传感器，相对会限制设计弹性；且尊重用户对 MCU 可能有特定偏好、只想挑选适当的感测组件来搭配的意愿，故让传感器另行发展会是较佳方式，利于客制化需求」，陈建成强调。他详述，目前 Android 5.0 以上的手机所内建的计步器，以及微信运动计步功能皆是以硬件传感器实现，不过陈建成坦言，硬件在定义手机翻转和屏幕敲击动作的微调时，自由度不如软件细腻；由于软件可透过收集很多测试结果后区分强度等级，但硬件的辨识级别可能只有八至九成。因此，算法软件支持十分重要。
图2：ST 独立式加速计及陀螺仪产品
数据源：ST 提供
图3：ST 整合加速度计及陀螺仪的复合运动传感器产品
数据源：ST 提供
ST 在软件方面亦不断精进，为提升行动设备性能并最大限度降低功耗，与高通 (Qualcomm) 合作增加惯性传感器解决方案的软件支持，包括 ST 获奖的 iNEMO 惯性传感器模块；就传感器硬件特性，新增软件支持功能，有助手机厂商快速推出基于 Qualcomm Snapdragon 处理器的 Android 智能手机。初期研发锁定 LSM6DS3 不间断运行的低功耗惯性传感器模块，借助 Qualcomm All-WaysAware 安全后台传感器控制功能，以及传感器数据与定位技术、调制解调器和摄像子系统的数据整合，感测模块可支持更长的电池续航时间。该参考软件现已问世。
光学防抖震、车载 HUD、建筑 MR，传感器新兴应用
ST 资深技术营销工程师谢景翔补充，六轴加速计及陀螺仪加上三轴磁力计，是目前手机或消费电子主流规格，最看好光学防抖震 (OIS) 感测模块结合相机模块的 VCM 马达校正；于是，ST A+G 复合产品也从要求人机接口 (UI)—— LSM6DS3，渐次进化到 UI／电子防抖震 (EIS)—— LSM6DSL，以及支持 UI / OIS 的 LSM6DSM。人机接口及防抖震的「双通道架构」特色是：可维持数据传输的同步性和一致性，能大幅改善录像质量。ST 透露，OIS 自 2015 年以来出货有急遽拉升的现象，预估今年会有不错的市占率表现。
ST 资深技术营销工程师谢景翔补充，六轴加速计及陀螺仪加上三轴磁力计，是目前手机或消费电子主流规格，最看好光学防抖震 (OIS) 感测模块结合相机模块的 VCM 马达校正；于是，ST A+G 复合产品也从要求人机接口 (UI)—— LSM6DS3，渐次进化到 UI／电子防抖震 (EIS)—— LSM6DSL，以及支持 UI / OIS 的 LSM6DSM。人机接口及防抖震的「双通道架构」特色是：可维持数据传输的同步性和一致性，能大幅改善录像质量。ST 透露，OIS 自 2015 年以来出货有急遽拉升的现象，预估今年会有不错的市占率表现。
至于未来最具潜力的应用，谢景翔首推车用微致动器 HUD (抬头显示器)，结合 Pico 微投影技术，不用贴片就可直接把信息显示在挡风玻璃上；辅以加速度计控制安全气囊、陀螺仪侦测车道偏移，可让驾驶安全多几分保障。事实上，机车亦已大量引进传感器，Gogoro 就有利用加速度计做防撞侦测的设计，一旦发生碰撞，会自动断电以策安全；而陀螺仪会在龙头转弯后回正时，自动熄灭方向灯。另在售价不斐的重机装备，安全帽亦配有防撞感测系统。此外，「智能建筑」则是另一个兵家必争之地，不过须融合温、湿度等环境感测。
例如，运用 AR 原理衍生而来的「MR」(Mixed Reality) 技术，透过事先汇入建筑管线图资，结合热像仪可进行漏水检测。若涉及室内定位、行人航位推算 (PDR) 等楼层或高度的应用，则需加装气压传感器 (Pressure Sensors)。在整合趋势方面，虽然为解决系统耗电量遽增问题，有些厂商会实行 MEMS 传感器中枢 (Sensor Hub) 结合先进「传感器融合」(Sensor Fusion) 架构；但考虑到与应用处理器 (AP) 整合方便性，Combo 传感器在某些场景，似乎较 MCU 传感器中枢更受青睐；ST 透露，其实早先也曾推出内建 MCU 的传感器，但市场反应似乎不如预期。
「因为，动辄透过内建 MCU 执行有时更耗电。当传感器只须读取简单数据，MCU 改以外置可在不工作时进入休眠状态；从整个系统角度来看，反能进一步降低功耗」，谢景翔最后做了精辟批注。
照片人物：ST 模拟、微机电与感测组件应用经理陈建成 (右) 及资深技术营销工程师谢景翔 (左)
