說到運動傳感器，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、可穿戴、工業(yè)控制、城市交通、醫(yī)療健康等各個領(lǐng)域應(yīng)用產(chǎn)品之一，你生活中應(yīng)用到的手機、平板，乃至共享單車等電子產(chǎn)品，都有配備運動傳感器。

而作為目前高度集成的電子產(chǎn)品，又對各個功能模塊有多功能、小型化、低功耗、低成本等諸多要求，而對于經(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)計中正確配置自己設(shè)計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)計方案究竟是會成為經(jīng)典還是備選。

多芯片模塊

在當(dāng)下電子產(chǎn)品的高集成度趨勢下，為解決單一芯片集成度低和功能不夠完善的問題，把多個高集成度、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是將多個裸芯片直接安裝在單個載體或基板上，再通過高導(dǎo)電金屬將裸芯片之間連接起來，最后用鑄塑或陶瓷包封技術(shù)封裝成一個模塊。簡單來說，MCM就是將多個芯片集成在一個封裝中。較多個單芯片封裝后再在PCB板上連接起來而言，由于MCM在一個模塊中含有多個芯片，不僅提高封裝密度，還由于多個芯片之間的間距減小，布線密度提高，以至整個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，將多個裸片整合在單個芯片上的技術(shù)。

圖1 單芯片技術(shù)平臺

如圖1所示為單芯片技術(shù)平臺。其中整個芯片結(jié)構(gòu)的下半部分是一個CMOS數(shù)字芯片及灰色的電極，上部則為MEMS結(jié)構(gòu)。在運動過程中，檢測質(zhì)量塊（proof mass）會發(fā)生晃動，這時就會影響到質(zhì)量塊與周邊環(huán)境的電容，而電容的變化被采集后會轉(zhuǎn)換成（x, y, z）三個方向的加速度，從而通過這一原理可以將該技術(shù)平臺用于設(shè)計加速度計、陀螺儀等。

單芯片技術(shù)平臺可以將MEMS和CMOS合二為一，將一顆芯片做得更小、功耗更低、指標更好，同時還可以通過這一平臺整合不同的傳感器。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、溫度等多個不同的MEMS架構(gòu)，從而實現(xiàn)裸片級別的芯片整合。單芯片技術(shù)的優(yōu)勢體現(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)）是一種對多種信息的獲取、表示及其內(nèi)在聯(lián)系進行綜合處理和優(yōu)化的技術(shù)，利用計算機技術(shù)將來自多傳感器或多源的信息和數(shù)據(jù)，在一定的準則下加以自動分析和綜合，以完成所需要的預(yù)測和決策而進行的信息處理過程。

圖2 傳感器融合技術(shù)

MSIF可以說與MCM有異曲同工之處，因為他們都是為了解決單一傳感器功能有限的問題。同時也大有不同，至于不同之處則是MCM是通過改變硬件結(jié)構(gòu)完成多傳感器功能集成，而MSIF則是通過軟件實現(xiàn)多個傳感器之間的信息互補和優(yōu)化組合。

Xsens是MSIF技術(shù)做得很好的一個公司，其主要擅長領(lǐng)域是工業(yè)應(yīng)用和動作捕捉，而在動作捕捉方面，其運用傳感器進行動作捕捉比運用光學(xué)方法實現(xiàn)的運動捕捉能力還要強，而由于通過傳感器技術(shù)進行動作捕捉又比用攝像技術(shù)便宜10倍以上，因而其在動作捕捉方面優(yōu)勢很大。

動作捕捉應(yīng)用

運動傳感器在動作捕捉方面的應(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景都會用到運動傳感器制成的衣服或設(shè)備做動作中。如圖4所示，電影的演員穿著衣服動作，他的動作被捕捉下來后可以放在熊的身上。

圖3 視頻制作中的動作捕捉

另外一個應(yīng)用是在運動員康復(fù)診斷中的應(yīng)用。以職業(yè)球隊為例，職業(yè)球隊最主要的資產(chǎn)就是球員的健康，球員受傷后，隊醫(yī)就不會再讓他們上場，如果球員因為帶傷上場引起更嚴重的傷害，近而毀掉整個賽季，就是很嚴重的損失。但是球員想打球，會對自己的傷勢恢復(fù)情況進行隱瞞或誤判，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。

圖4 運動傳感器在康復(fù)球員康復(fù)診斷中的應(yīng)用

mCube（矽立科技）收購Xsens

圖5 mCube（矽立科技）收購Xsens

以小體積、低功耗運動傳感器著稱的mCube（矽立科技）于2017年11月9日收購了專注3D運動追蹤技術(shù)和產(chǎn)品的Xsens。這一收購也將會使得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Sensor 3.0的進一步變革和發(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，最終實現(xiàn)高性價比。

實際上，整個IoT領(lǐng)域就像是一個連續(xù)性的光譜，從便宜的消費類設(shè)備到很貴的軍用級設(shè)備是一個很寬的光譜，隨著價格越低，需求量越大。而在每一個價格點上都強調(diào)這個價格點上的性價比，王瀚青博士稱，mCube（矽立科技）收購Xsens后可以填補各個頻道上的空白，使整個市場變大。另外，對于Xsens來說，如果不會將成本做的更低，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，他們的市場將會成數(shù)量級地增長。例如動作捕捉產(chǎn)品在球隊上的應(yīng)用，mCube（矽立科技）收購Xsens后，將不僅會做職業(yè)球隊的市場，還可以下潛到高中及大學(xué)的市場，而這將會是一個更大的市場。