關鍵零組件搭配得宜　行動裝置使用體驗大翻新

提高使用者體驗已為目前行動裝置產品設計的主要目標，甫推出的蘋果(Apple)iPhone 5即為行動裝置納入創新概念的近期代表產品。

行動裝置要達到創新設計，微機電系統(MEMS)感測器與麥克風，以及其他感測元件已成為關鍵要素，再搭配適當的電源管理IC，以及具備高度設計彈性的現場可編程閘陣列(FPGA)，未來行動裝置將不斷帶給消費者新的使用驚喜。

巧扮感測系統中樞　加速度計重要性提升

目前行動裝置內建的感測器種類越來越多，亦打造更多創新應用，不過眾多的感測器皆各自為政打造新應用，難免受到局限，因此連結多種感測器進一步創造更多元應用的概念已逐漸崛起，其中，加速度計將為新一代感測系統主要的創新應用設計出發點。

圖1　亞德諾亞太區消費性產品事業開發部經理吳彥彬表示，感測器將為該公司拓展行動裝置市場的重要利器。

亞德諾(ADI)亞太區消費性產品事業開發部經理吳彥彬(圖1)表示，未來加速度計將是行動裝置主要的感測器應用中心，透過加速度計結合更多元的感測器如，MEMS麥克風、接近喚醒感測器(Proximity Awareness Sensor)與手握感測器(Grip Sensor)等元件，將可發展更多創新應用，並為行動裝置帶來更多創新且節能的市場價值。

目前加速度計在行動裝置的應用主要是輔助全球衛星定位系統(GPS)與筆記型電腦硬碟防掉落機制，或者與陀螺儀結合發展擴增實境(AR)或定址服務(LBS)。吳彥彬認為，過去，行動裝置製造商將感測器置於設計系統架構的應用層之下，由應用主導感測器的發展，導致功能較受限；因此將感測器放在設計系統的第一層級，透過感測器帶動新應用的發生，將可創造更多新興功能。

舉例來說，由於老年化時代來臨以及人身安全更加獲得重視，再加上延長行動裝置電池壽命已成為業者最重視的一環，透過加速度計配合其他感測器，即可達成上述目標。吳彥彬說明，正在發展的跌倒偵測緊急呼救功能，是在手機中內建一顆超低功耗加速度計，而此低功耗特性，可在手機關機狀態中24小時偵測使用者的動作，以及手機掉落的幅度，藉以判斷使用者是否跌倒並即時發出求救。

此外，智慧型手表與藍牙(Bluetooth)耳機也可透過加速度計的動作偵測，啟動顯示器，或喚醒藍牙耳機以進行通話，進一步把關裝置的耗電量。

另外，蘋果將iPhone 5中的高訊噪比(SNR)MEMS麥克風數量提高至三顆，不僅裝置錄音時可細微至人耳可聽見的聲音，讓影音資料在電視機播放時有更佳的聲音體驗，顯見MEMS麥克風在行動裝置的重要性越來越高。因此若加速度計結合高SNR MEMS麥可風陣列，也可在跌倒緊急呼救應用中，搭配聲音錄製，更可正確判斷使用者是否真正跌倒並須要救援。

值得注意的是，未來Grip Sensor將開創感測器在行動裝置市場新商機。

省電已成為評比行動裝置良窳的最大考量，然而消費者卻又希望手機可快速喚醒，導致處理器、液晶顯示器驅動器(LCD Driver)等關鍵元件須時時保持在待機狀態，且也無法判斷是否為誤觸而啟動手機。為達到在低耗電狀態可持續監控手機系統，並迅速啟動，近期三星Galaxy S系列手機的導入Grip Sensor，即開啟藍海商機。

Grip Sensor要能正確判斷使用者是否開啟手機，手部電容值的感測為關鍵。吳彥彬指出，現階段手機或平板裝置在休眠模式下轉換至工作狀態，使用者須按下主功能鍵，再輸入密碼或觸控手勢才能喚醒。不過，若利用Grip Sensor偵測手部的電容值，則可在消費者手握裝置時，迅速辨識是保護套或是人手，再開啟螢幕，將可避免因誤觸而喚醒手機。

看好Grip Sensor市場前景，亞德諾已著手研發相關產品，期可率先搶占市場大餅。吳彥彬強調，行動裝置帶動感測器市場的發展眾所周知，但也相當競爭，因此創造感測器新商機刻不容緩，而行動裝置製造商如何運用感測器將為掌握市場關鍵。

提升使用者體驗　FPGA不可或缺

圖2　萊迪思半導體解決方案市場行銷總監Denny Steele指出，FPGA可提升行動裝置市場區隔度與降低總體成本。

依據摩爾定律(Moore's Law)，晶片業者約每18個月會推出新一代的產品，行動裝置處理器業者亦依循此定律。然而行動裝置生命週期短，功能演進與汰舊換新的速度亦得跟著加快，才可吸引消費者目光。然一旦行動裝置業者須要更多功能或新設計時，採用既有處理器產品可能將面臨無法滿足設計所需的困境。此時，FPGA即可扮演輔助的角色，讓業者可毋須等待新一代處理器問世，即可為行動裝置增添新的功能。

萊迪思(Lattice)半導體解決方案市場行銷總監Denny Steele(圖2)指出，如何適時、彈性的為行動裝置產品改頭換面，透過FPGA將可達成目標，進一步提升產品市場差異度。且在舊有的處理器加入FPGA，也已成為新一代應用處理器(AP)上市前的中間世代設計架構(圖3)。

舉例而言，目前行動裝置導入的感測器數量日益增多，為的即是創造更多的應用功能，不過，應用處理器雖然具備I²C感測器介面，但為數不多，且礙於I²C也須負責其他元件與處理器溝通的橋樑，導致I²C介面數量不足，將造成許多感測器無法被納入手機中，此時增添一顆FPGA將可提供充足的I²C介面。

圖3　增添FPGA，製造商將可彌補各代行動裝置所需處理器功能的不足。

更重要的是，FPGA也可分擔處理器的工作量，降低行動裝置耗電。Steele表示，手機中內建的感測器數量一旦增加時，處理器須時時關注感測器是否動作以做出適當回應，將造成電池電力的快速流失。此外，應用處理器工作負擔已相當龐大，若正處於運行狀態，有時將造成處理器因為太忙碌而無法運算感測器感測的資料，導致感測系統的延遲或失準，然透過FPGA將可一一解決。

高整合PMIC有效延長電池壽命

在具備多元的感測器與FPGA後，行動裝置製造業者的確可進一步為其產品進行創新設計，但仍需電源管理IC(PMIC)的協助，才能讓創新產品不致因電池壽命太短，反而造成消費者負面感受。

圖4　Maxim Integrated亞太區業務暨應用部門執行總監張登益表示，大容量鋰電池放電保護與充電安全將是重要的考量。

Maxim Integrated亞太區業務暨應用部門執行總監張登益(圖4)表示，行動裝置導入更多元功能對於大容量電池的需求持續增溫，然而更輕薄的外型也意味著手機空間將不足以放進更大的電池，為解決此問題，整合IC將是解決之道。

不僅應用處理器，電源管理IC亦逐步進行整合。張登益認為，應用處理器整合的過程中須考慮異質IC的製程問題，但電源管理IC本身歸類於類比IC範疇，因此電源IC整合的元件亦屬類比IC，廠商在具備一定的技術能力，整合將不受限，換句話說，所有的類比IC皆可整合為單一系統單晶片(SoC)。

為趕上此整合的趨勢，以及突顯技術領先，Maxim Integrated不但推出各種整合式電源管理IC，甚至將公司名稱自Maxim Integrated Products，更名為Maxim Integrated，宣示該公司將邁向未來類比技術整合的新趨勢前進，期可研發更多適用於不同應用市場的高整合度類比IC，其中行動裝置將為該公司相當重視的應用領域。

張登益指出，藉由更高整合的電源管理IC，將可延長行動裝置的電池壽命，使各種行動裝置創新應用，可為消費者帶來更不同以往的使用者經驗。

借力各種元件，行動裝置製造商可不斷提供更豐富的創新應用予消費者，以擴大產品市占。