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小尺寸/低功耗感測器加持 智慧手機實現多元遙控應用

2013-01-28
MEMS元件與感測器將朝更小尺寸與低功耗發展。因應智慧型手機化身遙控器的趨勢,MEMS元件與感測器製造商正積極研發尺寸更小、更省電的產品,以符合智慧型手機輕薄的設計,並避免遙控功能縮短電池壽命。
行動裝置聲控、手勢控制等功能為微機電系統(MEMS)和感測器帶來新市場商機。觀察2013年美國拉斯維加斯消費性電子展(CES)各大廠商推出的新產品可發現,家電及行動裝置兩大產品的互聯,無疑是廠商最關注的焦點,特別是透過行動裝置進一步控制家電產品,更是今年一大熱門應用。如三星(Samsung)展出的智慧電視(Smart TV)和攜帶型藍牙(Bluetooth)條形音箱DA-F60、樂金(LG)的Google TV,以及Netgear的NeoTV Prime Google TV機上盒(STB)等,皆可透過智慧型手機或平板裝置遙控。

隨著生活周遭的裝置日益智慧化,各種居家裝置業者如何讓消費者更便利進行操控,將是贏得市場的關鍵。

智慧手機遙控生活所有智慧裝置

圖1 意法半導體類比、MEMS和感測器事業群亞太區資深技術行銷經理郁正德表示,電池續航力將為手機遙控功能能否順利發展的關鍵。
有鑑於此,裝置製造商遂利用已具備觸控螢幕的智慧型手機與平板裝置做為智慧電視或其他裝置的控制中心,期獲得消費者的青睞。意法半導體(STMicroelectronics)類比、MEMS和感測器事業群亞太區資深技術行銷經理郁正德(圖1)指出,透過智慧型手機或平板裝置,消費者不但可用最熟悉的裝置操控居家所有的智慧聯網裝置,還可進一步節省另購智慧遙控器的成本。

另外,雲端運算(Cloud Computing)的風潮也開始進入居家生活,藉由雲端伺服器與無線通訊技術,智慧型手機可透過應用程式(App)順利連接各種家中聯網裝置,並加以操控,因而智慧型手機化身遙控器的應用在2013年逐步成形。

不過,以智慧型手機做為遙控器的應用要能順利實現,須先解決裝置配對與相容性問題。此外,為讓消費者擁有更人性化的操控方式,行動裝置製造商與家電業者已將目光轉向聲控、手勢操作,而新的控制功能也促使包括MEMS麥克風、加速度計與影像感測器、人手存在感測器等元件的需求水漲船高,MEMS元件與感測器供應商亦開始擘畫新的產品計畫。

MEMS麥克風實現遠端聲控

為了讓消費者在無法使用觸控功能的狀況時,能能透過智慧型手機或平板裝置操控其他裝置,MEMS麥克風將扮演關鍵角色,以實現遠端聲控的應用。

圖2 亞德諾消費性產品亞洲區市場行銷經理吳彥彬指出,未來行動裝置內見的MEMS與感測器元件數量將越來越多。
亞德諾(ADI)消費性產品亞洲區市場行銷經理吳彥彬(圖2)舉例說明,語音控制為未來智慧型手機與平板裝置相當重要的功能,可讓正在開車的駕駛或是不便利用手指觸控行動裝置螢幕的使用者,僅須發出聲音,即可實現所要的操作,因此已受到智慧型手機開發商的重視。

不過,智慧型手機要達到以聲控方式操控其他裝置的目的,首先MEMS麥克風收音品質與後端語音辨識演算法的效能須相當優異,才能正確辨別使用者所下的指令;其次,智慧型手機做為遙控器使用時,MEMS麥克風須隨時維持可偵測消費者語音的工作模式,因此元件功耗要求極為嚴苛,以免由於長時間開啟,而使智慧型手機電池電力迅速流失。

手勢操作仰賴加速度計與影像感測器

除了聲控之外,手勢操作也是未來智慧型手機擔任遙控器不可或缺的功能。手勢操作的方式可約略分為兩類,一為非接觸式的手勢操作;另一為如同任天堂(Nintendo)Wii遊戲搖桿的控制方式。

非接觸式手勢操作,須倚賴影像感測器偵測並辨識手指動作。吳彥彬認為,若消費者距離智慧型手機或平板裝置較遠,無法直接用聲音或觸控方式遙控,即須利用非接觸式手勢操控,因此未來非接觸式手勢操作將為智慧型手機的重要遙控功能。目前已有智慧型手機或平板裝置業者看好非接觸式手勢操作的前景,而積極導入新產品。

若是透過手握操作,如左右輕揮智慧型手機以便讓智慧電視進行網頁翻頁,智慧型手機內建的加速度計將為判別正確方向的關鍵元件。

手存在感測器把關手機遙控應用安全性

另一方面,當智慧型手機成為監控居家所有裝置的重要設備時,如何確保用戶不會因遺失手機而造成安全問題,也至為重要。吳彥彬表示,為達此一目的,可在智慧型手機中同時內建影像感測器與手存在感測器。其中,手存在感測器可判別手掌是否真正握住裝置;影像感測器則判別手掌特徵,並進一步透過演算法比對是否為裝置擁有者的手掌;當比對無誤時,智慧型手機才會允許使用者輸入密碼,進而啟動裝置。

值得一提的是,智慧型手機螢幕尺寸越來越大,鍵盤設計並不適用單手握住裝置,並利用大拇指操作的使用情境,多少造成使用者的不便,但未來加入手存在感測器後,智慧型手機與平板裝置將可根據消費者是右手或左手單握裝置,而將鍵盤移近手握的位置,實現單手操作5吋以上智慧型手機與平板裝置,螢幕觸控功能鍵的配置也可更加彈性。

據了解,三星已積極與MEMS感測器廠商合作,發展手存在感測器,為新一代智慧型手機或平板裝置,打造更具突破性的功能。

搶搭手機遙控應用商機 MEMS/感測器業者忙布局

為跟上手機遙控應用風潮,MEMS元件與感測器業者紛紛使出渾身解數。其中,意法半導體以矽為材料積極開發尺寸更小,並更具價格競爭力的MEMS元件與感測器。郁正德表示,以矽為材料研發的MEMS元件和感測器,不僅製程技術挑戰較易克服,成本降低與元件尺寸微縮門檻也較能順利跨越,甚至包括微控制器(MCU)、連結晶片等須要與MEMS元件和感測器協同運作的元件,也都可因為同 是採用矽材料製程,而更易於整合。

郁正德強調,非矽材製程的MEMS元件除了體積大之外,高耗電量與成本亦為兩大無法被消費性電子產品接受的缺點,因此意法半導體自投入MEMS與感測器研發,即以矽為唯一的材料。

亞德諾亦持續縮小MEMS元件的尺寸。吳彥彬認為,MEMS元件價格下殺速度飛快,供應商除比拚價格與多軸設計外,尺寸與功耗將是下一波較勁的重點,以突顯MEMS元件的價值及滿足行動裝置所需。

據了解,目前市場上多軸MEMS元件尺寸最小為2毫米(mm)×2毫米,亞德諾已計畫於2013年推出尺寸為1.4毫米×1.4毫米的產品,且功耗僅10奈安培(nA)。吳彥彬強調,如此小尺寸與極低功耗的MEMS元件,也相當適用於智慧型手表。

另外,在MEMS麥克風方面,由於語音控制需要麥克風陣列與消噪技術的搭配,才能正確辨識消費者所下指令,因此各家MEMS麥克風業者致力於發展具備消噪技術且訊噪比(SNR)表現優異的產品。

不僅如此,由於聲控功能啟動時,智慧型手機為隨時接收並反應消費者語音指令,因此應用處理器、音訊處理器與MEMS麥克風,皆須保持運作狀態,導致耗電量增加。為解決此問題,已有MEMS業者計畫於2013下半年推出超低功耗MEMS麥克風,以大幅降低智慧型手機整體功耗,並提升收音功能。

智慧型手機遙控功能發展逐漸起飛,對既有已內建在裝置中的MEMS元件與感測器,帶來新的尺寸與功耗的挑戰,MEMS元件與感測器供應商為掌握商機,致力推出新產品,以滿足市場需求。

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