穿戴应用导入多传感器 兼顾低成本低功耗要求

MEMS传感元件持续微缩体积，传感精密度也持续提升，图中为内建9轴传感的MEMS元件开发板。Hillcrest Labs

穿戴式应用持续增温，新型态的穿戴式运算产品，不只是提供单纯的嵌入式运算服务，如智能手表、智能手环大多还能兼具健康记录器或延伸睡眠品质监控、生理信息记录等进阶功能，而这些功能都有赖各式传感元件整合…

近年来在智能手机、平板电脑应用驱动下，各式传感器应用数量持续激增。以往以MEMS(Micro Electro Mechanical Systems)微机电技术整合的传感元件，因为市场用量有限，在关键元件的成本与体积未能为移动设备应用需求优化，但随着智能手机、平板电脑的整合应用需求激增，各式传感器、传感模块成本大幅下滑，MEMS元件的体积还针对移动设备需求的更轻、更薄，同时因应移动设备需延长电池续航力的要求，新一代的MEMS元件也在兼具传感精密度提升的同时，达到更省电的低功耗表现。

MEMS传感元件市场用量激增

智能手机、平板电脑对MEMS的用量激增，一方面是由Apple带头在其智能手机、平板电脑、多媒体播放器率先缺省MEMS传感器，如加速度计、陀螺仪、电子罗盘？地磁计等MEMS元件，透过传感器整合，再搭配其App应用软件生态系的体感传感应用电玩，创造各式有趣又吸睛的传感操控应用，也为嵌入式智能移动设备掀起一波单机装载多样化MEMS传感元件热潮。也由于MEMS元件用量激增，半导体与传感元件大厂竞相推出应用解决方案抢市，连带使得相关关键零组件的成本持续探底。

有别于早期MEMS传感元件架构与嵌入式系统设计，目前传感元件几乎已经成为现代移动设备必备的加值功能，因此也有越来越多嵌入式芯片解决方案在其方案就加入各式不同传感器的功能整合应用，一方面便于相关硬件厂商加速开发，同时也因解决方案的深度整合，让应用相关方案的终端产品可具有更优异的产品电力续航表现，高度整合应用方案除能让BOM(Bill of Material)物料清单的零组件成本降低，也能简化设计、优化终端产品表现。

小型化、高整合度MEMS传感方案成为主流

MEMS等关键传感元件除持续朝小型化、高度整合应用发展外，也同时向大型系统应用积极延伸，例如，原本与平板电脑深度整合的MEMS传感元件或技术方案，现在因为笔记本电脑业者积极投入开发变形笔记本电脑产品，让笔记本电脑可以与键盘基座分离形成类平板电脑的应用型态，甚至在这种变形笔记本电脑产品也导入一般平板电脑产品常见的MEMS传感元件，使笔记本电脑在变换成平板装置时也能享受如同平板电脑相同的操作体验。

原有MEMS传感元件仅在10寸以下移动设备被大量使用，目前除了平板电脑相继推出12寸、甚至12寸以上的大型商用平板产品，也都大量整合MEMS传感元件，同样地状况，在变形笔记本电脑？变形平板产品中，大于13寸甚至到15寸的产品，也都开始尝试比照移动设备，积极整合MEMS传感元件。

对于变形平板或高端笔记本电脑相继导入MEMS传感元件，其实对MEMS元件来说，在笔记本电脑的机构空间相对更大，电池容量也更大，在整合这类传感元件时几乎不会有应用限制，更进一步扩展MEMS传感元件的应用型态。

穿戴式智能装置  将刺激MEMS用量再攀高峰

不只是在智能手机、平板电脑、变形笔记本电脑的MEMS传感元件用量大增，实际上在新一代的穿戴式应用产品，如智能手表、智能手环、智能运动记录器等装置，也开始一波MEMS传感元件整合风潮，尤其现代人对个人健康愈来越重视，由智能手表、手环甚至专业的运动记录器，对MEMS传感元件的需求并不输给智能移动设备，加上手表、手环等产品终端售价远低于智能手机、平板电脑与变形笔记本电脑，相对低的产品终端价格也比智能移动设备卖量多更多，相对地也将MEMS用量再巨幅冲刺。

而传感元件应用尺寸方向除向下(元件更小)、向上(设备更大)扩展外，在元件的功能面、精密度要求也持续提升，新一代的MEMS传感器已不再仅提供单纯的加速度计或是电子罗盘功能整合，而是可以结合多轴陀螺仪、加速度计等多元传感元件整合应用，不只可为原有整合传感MEMS系统添加更多传感额外功能，也能善用多重传感信息的彼此参照、除错，提供嵌入式系统更精确的环境传感数据，在对应的软件或娱乐加值应用，可发挥较早期分离式设计传感元件更准确、使用体验更高的应用价值。

业界预估，如前所述，穿戴式智能产品因为终端单价一般在99美元上下，而在大陆白牌业者推出的对应商品，甚至可以达到20~30美元之谱，潜在的市场用量预料将会是高单价的智能手机、平板电脑的数倍之多。2014年穿戴式智能装置，可说是继智能手机、平板电脑之后MEMS更大的市场应用商机，传感器与装置的整合应用，基于穿戴设备的设计需求的开发份量将会越来越重。

穿戴设备结合传感器  健康记录应用热门

在新颖的穿戴式应用中，内建的MEMS传感器元件同时也具备更关键的应用角色，目前相关穿戴式设备产品主攻的核心应用，大多锁定在记录使用者的运动信息、个人生理信息，经由传感器可传感环境、运动状态的元件特性，进行恒时使用者穿戴状况的数据采集，对配戴者来说，穿戴式智能装置只要电池电量续航力许可前提下，恒时记录配戴者的走路步伐数、运动状态、心频、体温等生理状态并不困难，也已有相关解决方案可供设计整合，反而是在采集记录数据之后的检视、分析、评估等加值应用的使用者体验，才是这类穿戴式应用的竞争重点。

而在穿戴应用设计方面，因为穿戴产品可使用的电路载板PCB面积相当小，甚至多数电子电路都必须透过集成电路实践，仅使用PCB软板连接电池或是外部硬件按键，而MEMS传感器能使用的元件方案势必无法选用离散型的元件配置方式，必须寻找高度整合的MEMS传感系统方案，才能符合终端产品设计需求。

因为在PCB面积有限的前提下，若是需设计传感器应用环境，电子电路、元件布局、搭配微控制器与存储器等配置会造成设计空间不够问题，这些关键元件必须以SoC(System on a chip)化以集成电路或IC封装技术积极整合在一起，既可高度节省应用载板的面积占用，同时也可达到极低功耗、易于组装、降低成本的多元效益，同时也可在封装整合过程即把电路优化与功耗优化一次搞定。

穿戴应用首重电池效能  MEMS结合低功耗微控制器成关键设计

穿戴式产品尤其重视电池续航力，因为穿戴式装置本身的产品体积就相当地小，可以设置电池的空间有限，即便是锂聚合物电池在材料使用弹性相当大、也能因应设置机构环境小幅挠曲应用，但实际上受到可用空间限制，电池容量并不大，这会直接影响穿戴产品的终端电池效能表现。

一般来说手表型智能穿戴装置，由于需驱动屏幕显示，一般产品电池功耗超过40%耗用在显示元件驱动应用，而核心运算与传感器数据撷取使用的功耗相对有限，目前智能手表类的产品电池续航力大多在2~3天不等，若恒时开启蓝牙通讯、Wi-Fi通讯连线应用，电池续航力将剩下一半不到。

而智能手环之类的穿戴产品，可用的机构空间更为严苛，即便智能手环可选用AMOLED或是简易LCD屏幕显示信息，甚至可以不需屏幕设计，但因缺乏智能手表的大型表身可以设置电池，电池必须装在手环本体，可用的装设空间较智能手表更小，导致实际上终端产品的电池续航力与智能手表相比状况并不会好太多，一般电力续航表现约在2~3天不等。

对智能手表、智能手环这类穿戴产品而言，电池效能已直接影响了产品终端的实用价值，电池续航力甚至已经是这类智能装置产品行销的关键数据，因此，智能穿戴设备基本上已经无离散式MEMS的应用空间，必须选用高整合度、SoC化的解决方案，以因应有限的设置空间与更强的节能、低功耗运行要求。