低功耗Sensor Hub成标配　穿戴装置传感功耗骤降

　　晶心科技市场及服务部协理赖俊泽认为，除了低功耗IP核心之外，Sensor Hub的IP还要具备易整合的开发环境以及客制化指令集等特色。以晶心科技的E801系列为例，该产品除可支援复杂的感测资料运算之外，最大特色即是具备安谋国际(ARM)及其他IP大厂所没有的客制化指令集服务。

　　赖俊泽指出，过去有提供客制化指令集服务的IP厂商，后来多碰到周边开发环境支援不足，反而增加设计负担的窘境，因而纷纷暂停提供此类服务;而晶心科技则是“站在巨人的肩膀上看世界”，推出客制化指令集的同时，也汲取先进者的经验，同步优化指令集周边的开发环境，并提供客户完整产品开发资源，让晶片开发商除了能设计出超低功耗的Sensor Hub方案外，亦能借助开放的指令集设定，开发出各式各样客制化的Sensor Hub元件。

　　值得注意的是，虽然目前Sensor Hub皆以单一核心为主，但近期恩智浦(NXP)已推出非对称双核心的Sensor Hub概念，强攻穿戴式、物联网装置市场。

　　据了解，恩智浦新推出的相关系列产品，其非对称双核心架构可使处于工作状态下的MCU降低耗能，如开发人员可使用每单位兆赫电流为55μA/MHz的 Cortex-M0+核心处理器，来完成感测器资料的获取、整合及外部通讯等任务;当MCU须以更快的速度执行如融合动作感测器等复杂且密集的数学演算时，即可切换至每单位兆赫电流为100μA/MHz的Cortex-M4F核心处理器，进而优化MCU效能，并节省能源(图4)。

　　图4　非对称双核心Sensor Hub配置示意图　资料来源：恩智浦

　　赖俊泽认为，非对称双核心确实有助于进一步降低Sensor Hub功耗，这种设计方式也为其他业者指引另一条道路，未来可望形成另一种设计风潮(图5)。

　　图5　非对称双核心Sensor Hub可大幅提升效能并减少电力消耗。　资料来源：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，业界还有许多以超低功耗为诉求的Sensor Hub产品形式，如现场可编程闸阵列(FPGA)或是客户特定标准产品(CSSP)等。

　　据悉，CSSP的超低功耗Sensor Hub能以低于1毫瓦(mW)的功耗运作，系MCU方案的三十分之一，因此该方案未来在穿戴式电子市场亦极具发展潜力(图6)。

　　图6　超低功耗CSSP Sensor Hub功能区块、外部应用示意图　资料来源：QuickLogic

　　此外，MEMS晶片商亦积极研拟整合MEMS感测器、微型且低功耗的Sensor Hub方案。

　　百里博透露，Bosch Sensortec日前即将整合加速度计、陀螺仪、磁力计的九轴惯性量测单元，与预先编码的微控制器整合，可执行完整的数据融合与校正，这也是市面上首见真正的随插即用(Plug and Play)九轴感测器数据融合模组。

　　整合度跃进　Sensor Hub迈向微型智慧系统

　　Sensor Hub的另一个发展趋势，则是整合度将更上一层楼。为了完善穿戴式装置感测应用开发环境，Sensor Hub供应商正积极携手MEMS感测器及通讯晶片厂商，打造高整合度的Sensor Hub平台，进而实现微型智慧系统(Small Smart System)的愿景。

　　图7　QuickLogic总裁暨执行长Andrew J. Pease预估，高整合度的Sensor Hub将更趋重要，以加速中低价穿戴式产品的开发并降低其研发成本。

　　QuickLogic 总裁暨执行长Andrew J. Pease(图7)表示，预估至2015年时，价格区间位于100?250美元，且没有高阶显示萤幕的中低价穿戴式装置，如智慧型手环等，也可望大量采用 Sensor Hub;因此，如何加速中低价穿戴式产品的开发并降低其研发成本，就成了一个重要的课题。

　　有鉴于此，Sensor Hub解决方案开发商除了将MEMS感测器与Sensor Hub整合在一起外，也开始将无线射频(RF)方案纳入，以进一步降低其功耗及占位面积;随着平台整合度提高，Sensor Hub就成了一个不仅有控制中枢，同时也具备感测能力以及与外界沟通能力的微型智慧系统。

　　以CSSP业者QuickLogic为例，该公司日前即发表一款整合蓝牙低功耗(BLE)技术的穿戴式Sensor Hub开发套件--TAG-N。该开发套件采用QuickLogic的ArcticLink3 S2超低功耗Sensor Hub、QuickLogic所开发的演算法，以及直接连接至Nordic半导体的多协议开发套件--nRF51 DK，以让开发商能在nRF51822系统单晶片(SoC)上进行无线开发。

　　Pease指出，在Sensor Hub应用平台中纳入联网方案，能提升穿戴式装置与外界通讯的能力，使感测资料更能即时地被处理及传输;因此该平台非常适合需要快速原型设计的穿戴式装置开发商。

　　另一方面，MEMS感测器大厂意法半导体(ST)则是提出异质整合的Sensor Hub产品概念。事实上，意法半导体已采用系统级封装(SiP)等先进微型封装技术，开发出高整合度的解决方案，其整合三轴的加速度计、蓝牙 (Bluetooth)晶片及微控制器，体积仅10立方毫米，该公司更号称其为全世界最小的微型智慧系统。

　　综上所述，可发现MEMS感测器及Sensor Hub的功耗、整合度，将是穿戴式装置在开发过程中的重要考量;而随着IP厂及晶片商争相推出符合市场需求的解决方案，未来穿戴式装置感测系统的功耗表现将会更加理想，可望满足消费者对于穿戴式装置电池续航力的期待。