小体积、低功耗MEMS运动传感器供应商mCube(矽立科技)近日宣布,从安森美半导体公司手中收购3D运动追踪产品技术公司Xsens的流程已经顺利完成。完成收购后,Xsens的品牌名称会被保留,并将作为mCube(矽立科技)的独立运营部门继续在荷兰恩斯赫德运营,双方将共同开发针对消费者、工业、医疗、体育科学、自动驾驶车辆和娱乐行业现有客户和新客户的系统解决方案。

mCube(矽立科技)是一家量产单芯片MEMS+CMOS运动传感器的公司,其在单一芯片上实现MEMS加速度计和CMOS信号处理ASIC的制造技术受到多项专利的保护。矽立科技总裁王瀚青博士日前在接受《电子工程专辑》采访时表示,与其他MEMS传感器制造商的多芯片模块相比,mCube(矽立科技)的单芯片MEMS加速度计在体积、成本、功率和性能等方面具有相当大的优势。目前为止,mCube(矽立科技)已经卖出了超过3亿颗的MEMS运动传感器,广泛分布于智能手机、平板电脑、可穿戴设备和其他IoT设备中。 20171115-mcube-1 在单芯片上实现MEMS加速度计和CMOS信号处理ASIC是mCube(矽立科技)的核心技术

Xsens则拥有一整套用于将运动传感器测量出来的原始数据转换为应用数据的技术,其在传感器融合和运动追踪应用开发中有着独特的专业技术,并拥有大量的受专利保护的算法。Xsens开发的运动捕捉解决方案已被用来创建好莱坞电影大片里的CGI动画,也被汽车制造商如戴姆勒公司用来增强车辆的人体工程学设计。另外,在自动驾驶车辆、专业用途的无人飞机、智能农业以及机器人等工业应用领域,Xsens的产品也都有广泛的应用。 20171115-mcube-2 用于3D人体运动建模和CGI动画的Xsens紧身衣

通过两家公司的合并,mCube(矽立科技)有望在快速发展的移动物联网(IoMT)中为运动感应和追踪解决方案创造新的市场。“mCube(矽立科技)的运动传感器比任何其他竞争对手的同类传感器体积更小,功耗更低,因此可以创新地应用到微型可穿戴设备、个人医疗设备和微型嵌入式传感器模块中。”王瀚青博士希望通过与Xsens的传感器融合和运动追踪系统专家携手合作,mCube(矽立科技)将使客户远离MEMS传感器的复杂数据处理,更快地专注于开发运动功能的应用。

传感器3.0时代

传统的MEMS传感器通常由两个功能上独立的元素组成:一个微机械传感器,其输出通常是变化的电容值、电阻值或频率值;一个作为传感器接口的CMOS电子电路,可以把MEMS的输出转换为处理器能够处理的模拟或数字输出。通常,这两个功能块被分别制造,然后再把它们绑定在一起。当前只有mCube(矽立科技)掌握了“使用标准CMOS工艺在单个裸片上制造MEMS + CMOS”的技术,从而使单芯片MEMS传感器可大批量地、可靠地生产。 20171115-mcube-2 mCube(矽立科技)单芯片MEMS传感器技术平台

上图是以横截面形式显示的mCube(矽立科技)单芯片平台。王瀚青博士说,它比任何其他商业MEMS产品都更加高效地集成了MEMS与CMOS部分,由此带来的技术优势包括:高产量、高面积使用率、MEMS与CMOS之间的卓越互连性、相同传感性能的芯片具有显著的小体积、以及晶圆级的完整功能性验证,而这些也是设计下一代移动物联网应用的设计师们最感兴趣的特征。

MC3672是mCube(矽立科技)最具代表性的3D单芯片加速度传感器产品。该产品实现了业内最低功耗,同时采用了1.1x1.3mm的微型芯片级封装(CSP)。MC3672的外围电路仅需要一颗电阻,开发者们仅需要不到8平方毫米的PCB面积就可以实现一个完整的3轴惯性传感器方案,0.7mm的超薄厚度和超小的封装尺寸也能让设计者们能在更多的可穿戴助听器和其他微型医疗设备中集成惯性运动传感器。

数据显示,在25Hz的数据输出速率(ODR)下,MC3672功耗仅为0.9uA。而在超低功耗Sniff模式中,MC3672在6Hz ODR,32组FIFO的情况下功耗更是只有0.4uA。此外,提高SPI总线传输速率,降低SPI传输次数,也是MC3672进一步延长电池续航时间的秘密武器之一。

除了MEMS传感器外,mCube(矽立科技)还正在通过垂直整合将加速度计与微控制器集成在一个只有2毫米长、2毫米宽的双芯片模块中,其中,超低功耗MCU用来解析和处理加速度计的原始输出数据。目前,在mCube(矽立科技)交付的模块中,MCU已经带有预编程软件,包含计步等基本功能,再加上低功耗蓝牙射频,可以更进一步为单节电池运行十多年的无线运动感应提供完整的解决方案。

运动传感器融合的新应用

Xsens是国际上最富代表性的惯性式动作捕捉系统供应商,其多芯片模块结合了加速度计、地磁和陀螺仪,通过水平的9轴集成了不同类型的运动数据,而添加压力传感器(高度计)则可实现10轴的感测。Xsens传感器融合软件将来自这些多个传感器的输入数据相结合,构建诸如人体等复杂物体的运动方向和运动速度的高精度3D渲染。这些产品被广泛使用于农业设备、无人驾驶飞行器、无人机以及海洋勘探和钻井平台。 20171115-mcube-3 Xsens传感器融合方案

Xsens也因其3D运动追踪紧身衣而闻名,其知名产品MVN用于特定电影,以及为角色动画和机器人启用CGI动画。MVN是一种全身莱卡套装(也可以采用绑带),使用方便,用户可以在15分钟内设置好整个系统。它采用微型惯性传感器、生物力学模型、以及传感器融合算法,带有17个惯性跟踪器,可以在6个自由度跟踪身体移动,能够同时追踪24个不同的身体环节的动作,追踪部位包括双脚、小腿、膝盖、腹部、双手、手肘以及肩膀等。官方称这款设备的续航时间可达6小时,无线追踪范围室内是20米,室外是50米,可节约高达 80% 的后期处理时间。

由于Xsens运动追踪技术应用可以实现步态和姿势分析,其未来发展的范围在诸如医疗设备等市场中极其巨大。比如老年人常抱怨腿脚不便,其原因通常在于关节,特别是膝盖有问题。用于步态分析的运动追踪紧身衣可以使医生免于咨询地收集关于患者活动能力的数据,从而加速诊断,可以腾出更多的时间来研究治疗方案。

工艺集成(提供小体积、低功耗的MEMS运动传感器)、垂直整合(单个设备即可提供逻辑和感应功能,设备直接输出对应用程序有用的信息)、横向集合(将多种类型运动传感器组合到单一设备中,并由复杂的传感器融合软件来支持)被王瀚青博士视作未来运动感应应用增长将会呈现出的三大技术趋势。他也据此认为,mCube(矽立科技)和Xsens提供的传感器融合和垂直整合方案将使得产品设计者只需专注于其应用开发,直接使用新的精准运动数据源,而不用关心底层的传感器电子设备,有助于实现高产能、更健康、更安全和舒适的新一代产品。

本文为《电子工程专辑》原创,版权所有,转载请注明出处并附链接

EETC wechat barcode


关注最前沿的电子设计资讯,请关注“电子工程专辑微信公众号”。