說(shuō)到運(yùn)動(dòng)傳感器，大家肯定和我一樣，首先想到的就是智能手環(huán)、智能手表這類目前主要功能仍是計(jì)步的產(chǎn)品，但是如果只能想到這些的話，就略顯小low了。作為如今遍布智能手機(jī)、可穿戴、工業(yè)控制、城市交通、醫(yī)療健康等各個(gè)領(lǐng)域應(yīng)用產(chǎn)品之一，你生活中應(yīng)用到的手機(jī)、平板，乃至共享單車(chē)等電子產(chǎn)品，都有配備運(yùn)動(dòng)傳感器。

而作為目前高度集成的電子產(chǎn)品，又對(duì)各個(gè)功能模塊有多功能、小型化、低功耗、低成本等諸多要求，而對(duì)于經(jīng)常應(yīng)用到陀螺儀、加速度、溫度及壓力等傳感器的工程師，如何在設(shè)計(jì)中正確配置自己設(shè)計(jì)方案中的各功能模塊，如何正確解讀各模塊的器件參數(shù)就決定了你設(shè)計(jì)方案究竟是會(huì)成為經(jīng)典還是備選。

多芯片模塊

在當(dāng)下電子產(chǎn)品的高集成度趨勢(shì)下，為解決單一芯片集成度低和功能不夠完善的問(wèn)題，把多個(gè)高集成度、高性能、高可靠性的芯片，在高密度多層互聯(lián)基板上用SMD技術(shù)組成各種電子模塊，從而出現(xiàn)多芯片模塊（Multi-Chip Module，MCM）。

MCM是將多個(gè)裸芯片直接安裝在單個(gè)載體或基板上，再通過(guò)高導(dǎo)電金屬將裸芯片之間連接起來(lái)，最后用鑄塑或陶瓷包封技術(shù)封裝成一個(gè)模塊。簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，MCM就是將多個(gè)芯片集成在一個(gè)封裝中。較多個(gè)單芯片封裝后再在PCB板上連接起來(lái)而言，由于MCM在一個(gè)模塊中含有多個(gè)芯片，不僅提高封裝密度，還由于多個(gè)芯片之間的間距減小，布線密度提高，以至整個(gè)模塊的性能以及可靠性都有明顯提高。

單芯片技術(shù)

單芯片技術(shù)是mCube（矽立科技）在MCM的基礎(chǔ)上，將多個(gè)裸片整合在單個(gè)芯片上的技術(shù)。

圖1 單芯片技術(shù)平臺(tái)

如圖1所示為單芯片技術(shù)平臺(tái)。其中整個(gè)芯片結(jié)構(gòu)的下半部分是一個(gè)CMOS數(shù)字芯片及灰色的電極，上部則為MEMS結(jié)構(gòu)。在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，檢測(cè)質(zhì)量塊（proof mass）會(huì)發(fā)生晃動(dòng)，這時(shí)就會(huì)影響到質(zhì)量塊與周邊環(huán)境的電容，而電容的變化被采集后會(huì)轉(zhuǎn)換成（x, y, z）三個(gè)方向的加速度，從而通過(guò)這一原理可以將該技術(shù)平臺(tái)用于設(shè)計(jì)加速度計(jì)、陀螺儀等。

單芯片技術(shù)平臺(tái)可以將MEMS和CMOS合二為一，將一顆芯片做得更小、功耗更低、指標(biāo)更好，同時(shí)還可以通過(guò)這一平臺(tái)整合不同的傳感器。例如，可以將CMOS部分做得大一些，上面則可以加入諸如加速度、陀螺儀、壓力、溫度等多個(gè)不同的MEMS架構(gòu)，從而實(shí)現(xiàn)裸片級(jí)別的芯片整合。單芯片技術(shù)的優(yōu)勢(shì)體現(xiàn)在體積更小，功耗更低，芯片外部引腳更少，從而降低了設(shè)計(jì)難度和成本，提高了產(chǎn)品的可靠性和產(chǎn)率。

傳感器融合技術(shù)

MSIF（Multi-Sensor Information Fusion，多傳感器信息融合技術(shù)）是一種對(duì)多種信息的獲取、表示及其內(nèi)在聯(lián)系進(jìn)行綜合處理和優(yōu)化的技術(shù)，利用計(jì)算機(jī)技術(shù)將來(lái)自多傳感器或多源的信息和數(shù)據(jù)，在一定的準(zhǔn)則下加以自動(dòng)分析和綜合，以完成所需要的預(yù)測(cè)和決策而進(jìn)行的信息處理過(guò)程。

圖2 傳感器融合技術(shù)

MSIF可以說(shuō)與MCM有異曲同工之處，因?yàn)樗麄兌际菫榱私鉀Q單一傳感器功能有限的問(wèn)題。同時(shí)也大有不同，至于不同之處則是MCM是通過(guò)改變硬件結(jié)構(gòu)完成多傳感器功能集成，而MSIF則是通過(guò)軟件實(shí)現(xiàn)多個(gè)傳感器之間的信息互補(bǔ)和優(yōu)化組合。

Xsens是MSIF技術(shù)做得很好的一個(gè)公司，其主要擅長(zhǎng)領(lǐng)域是工業(yè)應(yīng)用和動(dòng)作捕捉，而在動(dòng)作捕捉方面，其運(yùn)用傳感器進(jìn)行動(dòng)作捕捉比運(yùn)用光學(xué)方法實(shí)現(xiàn)的運(yùn)動(dòng)捕捉能力還要強(qiáng)，而由于通過(guò)傳感器技術(shù)進(jìn)行動(dòng)作捕捉又比用攝像技術(shù)便宜10倍以上，因而其在動(dòng)作捕捉方面優(yōu)勢(shì)很大。

動(dòng)作捕捉應(yīng)用

運(yùn)動(dòng)傳感器在動(dòng)作捕捉方面的應(yīng)用已經(jīng)有很多，例如拍視頻、MV，甚至好萊塢大片中很多比較震撼的場(chǎng)景都會(huì)用到運(yùn)動(dòng)傳感器制成的衣服或設(shè)備做動(dòng)作中。如圖4所示，電影的演員穿著衣服動(dòng)作，他的動(dòng)作被捕捉下來(lái)后可以放在熊的身上。

圖3 視頻制作中的動(dòng)作捕捉

另外一個(gè)應(yīng)用是在運(yùn)動(dòng)員康復(fù)診斷中的應(yīng)用。以職業(yè)球隊(duì)為例，職業(yè)球隊(duì)最主要的資產(chǎn)就是球員的健康，球員受傷后，隊(duì)醫(yī)就不會(huì)再讓他們上場(chǎng)，如果球員因?yàn)閹蠄?chǎng)引起更嚴(yán)重的傷害，近而毀掉整個(gè)賽季，就是很?chē)?yán)重的損失。但是球員想打球，會(huì)對(duì)自己的傷勢(shì)恢復(fù)情況進(jìn)行隱瞞或誤判，穿上這樣的衣服可以判斷出身體是否容易受傷及是否已經(jīng)康復(fù)等參數(shù)指標(biāo)。

圖4 運(yùn)動(dòng)傳感器在康復(fù)球員康復(fù)診斷中的應(yīng)用

mCube（矽立科技）收購(gòu)Xsens

圖5 mCube（矽立科技）收購(gòu)Xsens

以小體積、低功耗運(yùn)動(dòng)傳感器著稱的mCube（矽立科技）于2017年11月9日收購(gòu)了專注3D運(yùn)動(dòng)追蹤技術(shù)和產(chǎn)品的Xsens。這一收購(gòu)也將會(huì)使得mCube（矽立科技）的單芯片技術(shù)于Xsens的傳感器融合技術(shù)得到整合，從而推動(dòng)Sensor 3.0的進(jìn)一步變革和發(fā)展。mCube（矽立科技）總裁王瀚青博士表示，mCube（矽立科技）和Xsens的結(jié)合是將好的硬件和好的軟件融合在一起，是將高性能和低成本的結(jié)合，最終實(shí)現(xiàn)高性價(jià)比。

實(shí)際上，整個(gè)IoT領(lǐng)域就像是一個(gè)連續(xù)性的光譜，從便宜的消費(fèi)類設(shè)備到很貴的軍用級(jí)設(shè)備是一個(gè)很寬的光譜，隨著價(jià)格越低，需求量越大。而在每一個(gè)價(jià)格點(diǎn)上都強(qiáng)調(diào)這個(gè)價(jià)格點(diǎn)上的性價(jià)比，王瀚青博士稱，mCube（矽立科技）收購(gòu)Xsens后可以填補(bǔ)各個(gè)頻道上的空白，使整個(gè)市場(chǎng)變大。另外，對(duì)于Xsens來(lái)說(shuō)，如果不會(huì)將成本做的更低，量產(chǎn)做得更大的話，他們的發(fā)展是很有限的，一旦他們知道如何將一千塊錢(qián)的產(chǎn)品做到兩百塊，將兩百塊的產(chǎn)品做到五十塊，他們的市場(chǎng)將會(huì)成數(shù)量級(jí)地增長(zhǎng)。例如動(dòng)作捕捉產(chǎn)品在球隊(duì)上的應(yīng)用，mCube（矽立科技）收購(gòu)Xsens后，將不僅會(huì)做職業(yè)球隊(duì)的市場(chǎng)，還可以下潛到高中及大學(xué)的市場(chǎng)，而這將會(huì)是一個(gè)更大的市場(chǎng)。