微软引爆新一波MEMS商机
2013-03-12 07:54:55   来源：微迷   评论：0   点击：

作者：麦姆斯咨询 王懿

微软Windows 8操作系统的发布，让我们看到了传统PC、笔记本电脑、平板电脑和智能手机的高度统一和融合，也吹响了微软在移动设备市场全面反攻的号角。微软CEO鲍尔默说：“微软历史上有三个重要的日子。第一个是比尔•盖茨创立公司，第二个是Windows 95的推出，第三个就是Windows 8的诞生。”连退休之后专心慈善事业的比尔•盖茨都曾表示对Windows 8非常满意，并且全球硬件合作商都在积极回应，试图借助Windows 8获得更多竞争优势。可见，Windows 8对于微软以及微软的合作伙伴都具有重要的意义。

为了增强Windows 8的用户体验，微软要求平板电脑制造商必须采用9轴惯性传感器融合系统（如图1所示），从而引爆新一波MEMS商机，促使MEMS传感器供应商从原先全力倾注于Android系统研发转向Android和Windows 8系统均衡发展策略。随着Windows 8平板电脑、智能手机等移动设备放量增长，并且传感器也需要通过微软认证才有机会被制造商大量采购，所以MEMS传感器供应商纷纷争相与微软展开技术交流，加快Windows 8认证，以确保加速度计、陀螺仪和磁力计等传感器能顺利在新的操作系统下运行。其中，意法半导体（STMicroelectronics）、奇思（Kionix）和飞思卡尔（Freescale）等MEMS“领头羊”早已完成微软认证，并于2012年第四季度将传感器融合方案集成至主要制造商推出的Windows 8平板电脑中。

图1 微软9轴传感器融合系统

MEMS传感器供应商取得微软认证后，可为智能手机和平板电脑制造商缩短开发周期、降低制造成本。在Windows 8系统中，微软提出了两种传感器集成方案，制造商可以灵活选择：（1）硬件解决方案，即传感器融合软件运行于专用微控制器（MCU），融合效果好但增加硬件成本，如图2所示；（2）软件解决方案，即传感器融合软件运行于移动设备的应用处理器（Application Processor），成本低但系统功耗较高。

图2 传感器集成的硬件解决方案

由于Android系统没有强制规定平板电脑厂商采用9轴惯性传感器融合方案，因此为降低成本，厂商往往仅配备低成本的加速度计。但是这也成为陀螺仪和磁力计市场发展的阻力，造成中低端Android平板电脑的用户体验远逊于Windows 8平板电脑，如微软Surface平板电脑拥有3轴加速度计、3轴陀螺仪、3轴磁力计和环境光传感器。事实证明，每一种MEMS传感器都有其天然的缺陷，加速度计、陀螺仪和磁力计可以相互弥补弱点，如磁力计受到环境影响发生倾斜时，惯性测量单元（加速度计+陀螺仪）可为磁力计做倾角补偿；陀螺仪没有绝对参考点，长时间使用会出现漂移现象，电子罗盘（加速度计+磁力计）恰好可以提供参考系并完成校准功能。同时，室内导航应用也加速传感器融合方案的市场化，图3为移动设备中应用于室内定位的系统架构，仅靠单一传感器无法满足用户需要。

图3 移动设备中应用于室内定位的系统架构

意法半导体：iNEMO引擎传感器融合套件

自2003年起，意法半导体为主要的笔记本电脑制造商提供支持Windows的加速度计模块，用于硬盘数据保护。2011年9月，意法半导体与微软合作开发可支持Windows 8操作系统的运动传感器解决方案，并且在Windows 8传感器生态系统开发和用户体验期间，意法半导体为微软的传感器技术规范和平台开发提供建议和反馈。

如今，意法半导体提供完整的多轴传感器解决方案：iNEMO引擎传感器融合套件，可实现增强现实、个人导航、运动跟踪，游戏和健身等功能，如图4所示。该套件的硬件包括3轴陀螺仪、6轴电子罗盘、压力传感器、接近传感器、环境光传感器和高性能的STM32微控制器，通过I²C/USB接口与应用处理器通信；软件基于卡尔曼滤波理论，采用自适应预测和过滤算法，可以检测来自于多个传感器的复杂信息，该系列软件包含两个产品线：iNEMO Engine Lite（用于运动检测系统评估的免费软件库）和iNEMO Engine Pro（用于多传感器数据融合处理的编译软件库）。最为重要的是iNEMO引擎与所有MEMS传感器都兼容。

图4 意法半导体的iNEMO引擎传感器融合套件

通过集成在Windows 8移动设备中的应用演示，采用标准的通信协议和即插即用接口，意法半导体大幅降低了平板电脑厂商整合传感器的工作量，如图5所示。并且iNEMO引擎是一个可扩展的解决方案，利用内置STM32微控制器可实现更多感知功能，如温湿度和电量监测。

图5 意法半导体为Windows 8提供完整的软硬件解决方案

意法半导体执行副总裁Benedetto Vigna表示：“通过我们的传感器融合方案，OEM和ODM厂商可以将传感器快速导入到Windows 8平板电脑中，使产品拥有优异的运动传感性能。意法半导体是市场领先的MEMS传感器制造商，拥有完整的产品组合和制造资源，Windows 8融合方案的量产进一步提升了客户价值，巩固了市场领导地位。”

奇思：9轴传感器融合方案

奇思全力把握Windows 8商机，于2012年8月通过微软认证，积极拓展智能手机和平板电脑等消费市场业务。奇思向符合条件的客户提供全部源代码，此外还提供直接支持及开发板工具包。目前奇思传感器热卖，6寸晶圆厂产能几乎满载，预计未来将调用母公司罗姆的8寸晶圆厂加开产线，以满足市场需求。

奇思的9轴传感器融合方案如图6所示（压力传感器融合方案正在研发中），其具备以下特点：（1）完美支持不同厂家的各种传感器，并防止不同类型的传感器之间出现干扰；（2）支持在专用微控制器或应用处理器上运行，提供无与伦比的可扩展性；（3）先进的电源管理技术可帮助设计人员以最小的开销管理传感器交互及数据处理，实现无与伦比的低功耗和高性能；（4）具备传感器自动校准功能，设计人员易于实现补偿以及纠正偏移和异常情况；（5）横跨多种操作系统：从微控制器的RTOS实时系统到 32 位浮点手机操作系统（如Android和Windows 8）。

图6 奇思的传感器融合方案

奇思工程部副总裁Scott Miller表示：“很高兴获悉我们开发的传感器融合方案获得微软Windows 8认证，它将为Windows 8设备制造商和软件开发商提供高水平的运动感知能力，并优化系统性能、降低功耗，使客户能够在实际应用中借助奇思的传感技术快速实现产品价值。奇思一直为客户提供高品质的算法以及应用程序支持，我们相信传感器融合方案将会继续赢得客户青睐。”

飞思卡尔：12轴Xtrinsic传感器平台

2012年10月，飞思卡尔的12轴Xtrinsic传感器平台通过微软认证，满足基于Windows 8操作系统的移动设备需求。12轴Xtrinsic传感器平台提供即插即用的整体解决方案，包括软件和硬件两部分，降低了系统集成复杂性，使得设计者能够快速开发出智能移动设备，加快产品上市速度。

12轴Xtrinsic传感器平台包括3轴加速度计、3轴陀螺仪、3轴磁力计、环境光传感器、压力和温度传感器，如图7所示。飞思卡尔的ColdFire+ MCF51JU128VHS微控制器可作为传感器中枢（Sensor Hub），提供传感器数据采集、计算和融合功能，并通过标准USB接口与主机进行通信。该平台充分利用各种传感器的优点，将运动、位置、环境光和温度等数据融合成为一个整体，使移动设备的传感性能更出色，以增强用户体验。由于传感器融合算法从应用处理器分流至飞思卡尔传感器中枢，从而实现了更灵活、更高效的传感器解决方案，并延长了移动设备电池的使用寿命。

图7 飞思卡尔的12轴Xtrinsic传感器平台

飞思卡尔副总裁Seyed Paransun表示：“微软 Windows 8操作系统进一步扩展了移动设备功能，能够以PC的运算能力执行智能手机和平板电脑应用程序。移动计算市场竞争激烈，发展迅速，客户需要全面、快速地部署解决方案。飞思卡尔已经做好准备，借助Xtrinsic传感器平台，为迅猛增长的消费市场提供强有力的技术支持。”

总结和展望

根据Gartner预测，2012年全球平板电脑出货量将达到1.189亿台，较2011年的6000万台增长98%，到2016年出货量将会达到6.65亿台。摩根斯坦利认为：面对苹果iOS和谷歌Android的竞争，微软的最大机遇来自于配备Office应用的Windows 8操作系统，该系统不仅推动平板电脑市场的发展，还将提升微软市场份额的增长。虽然2013年平板电脑市场还将是苹果一家独大，但是“初出茅庐”的微软Windows 8平板电脑将拿下8%市场份额。一旦微软平板电脑小成气候，将与苹果在企业用户市场形成正面竞争，预计到2016年，Windows 8平板电脑将占企业用户市场份额的39%。

Windows 8的推出，意味着微软希望在苹果封闭式产业链和谷歌开源生态系统的背景下走“中间路线”，即打造授权系统于终端厂商的半封闭式路线，一方面打造统一制式、统一标准的系统平台，避免谷歌完全开源所带来的非统一制式的杂乱问题；另一方面，以半开源的模式对抗苹果封闭生态系统无法形成终端规模优势的不足。我们有理由相信，3年以后平板电脑操作系统将迈入“三国时代”。

随着移动设备的传感器数量增加，传感器融合技术变得越来越重要，基于Windows 8的移动设备的运动感知能力将向下一代水平发展。在这一波市场机会面前，一线MEMS传感器供应商积极布局，已于2012年获得微软认证；而二、三线供应商正努力通过认证，2013年可望加入“战局”，并加剧MEMS市场竞争。

微软，打开传感器融合之窗，满园春色见眼前！