Układy typu sensor hub stają się niezbędne

Sensor hub to procesor o małym poborze mocy, który jest wykorzystywany tylko do przetwarzania wyników pomiarów z czujników. Dzięki niemu główny procesor aplikacji, który zużywa więcej prądu, jest odciążony. Oszczędność ta jest zauważalna głównie w urządzeniach przenośnych - w sensor hub wyposażane są przede wszystkim smartfony oraz tablety.

Liczne czujniki różnego typu, na przykład temperatury, ciśnienia, ruchu, oświetlenia i mikrofony, pozostają w nich bowiem zawsze aktywne, co umożliwia reagowanie na każde działanie użytkownika. Zanim wprowadzono układy typu sensor hub, to główny procesor przez cały czas w tle musiał przetwarzać dane z tych sensorów. To zaś skutkowało skróceniem czasu pracy na zasilaniu bateryjnym.

Co robi sensor hub?

Rys. 1. Światowa sprzedaż układów typu sensor hub w latach 2014-2017

Zależnie od potrzeb oraz mocy obliczeniowej sensor hub odpowiada za podstawową kalibrację czujników i realizację techniki sensor fusion, czyli łączenia wyników zmierzonych przez kilka różnych sensorów. Może także wykonywać bardziej zaawansowane zadania. Przykładowo optymalizuje pobór mocy, "inteligentnie" decydując o tym, który z czujników w danym momencie powinien być włączony i z jaką częstotliwością powinno się próbkować jego wyjście.

Na przykład żyroskop zapewnia większą dokładność śledzenia ruchu obrotowego urządzenia w porównaniu z akcelerometrem oraz magnetometrem, ale jednocześnie zużywa około kilku μA prądu. Te drugie pobierają natomiast łącznie poniżej 1 μA. Zadaniem układu sensor hub jest zatem analiza kontekstu, czyli rodzaju oraz intensywności aktywności użytkownika przy użyciu czujników energooszczędnych. Na tej podstawie decyduje on następnie o włączeniu albo nie żyroskopu.

Różne podejścia w realizacji układów typu sensor hub

Ideę odciążenia głównego procesora aplikacji od zadania przetwarzania wyników pomiarów można zrealizować na kilka sposobów. Każdy z nich ma zalety, choć równocześnie wymaga kompromisu w kwestii ceny albo wydajności. Na przykład w nowych smartfonach jako sensor hub używany jest oddzielny, wyspecjalizowany mikrokontroler. Takie układy ma w swojej ofercie m.in.: Atmel, STMicroelectronics, Texas Instruments oraz NXP Semiconductor.

Sensor hub może też być częścią procesora aplikacji. Takie rozwiązanie proponują m.in. Qualcomm i Intel. Zaletą zintegrowanego podejścia w porównaniu z oddzielnym mikrokontrolerem jest brak dodatkowych komponentów, co upraszcza projekt i realizację urządzenia. Oszczędność energii jest jednak wówczas nieporównywalnie mniejsza.

Która metoda zdominuje rynek?

Rys. 2. Czołowi dostawcy układów typu sensor hub w 2013 roku

Alternatywą jest połączenie w jednym układzie procesora o małym poborze mocy i czujnika albo wielu sensorów. Te ostatnie to zwykle akcelerometry i żyroskopy, ponieważ to właśnie te czujniki są najczęściej używane w smartfonach i tabletach. Układy takie oferują m.in. STMicroelectronics, InvenSense, Bosch oraz Freescale Semiconductor.

Oprócz tego popularyzują się sensor huby na bazie układów FPGA, które charakteryzuje mały pobór mocy i możliwość przeprojektowania oraz komponenty, których częścią, poza czujnikami ruchu, są układy GPS. Według IHS w kolejnych latach będą one jednak zajmować niszową pozycję. Jak przewidują analitycy, wielu producentów, na przykład Apple, w urządzeniach z wyższej półki najchętniej będzie natomiast nadal korzystało z oddzielnych MCU. Będzie to regułą nawet po 2016 roku, kiedy to podejście zintegrowane będzie tym dominującym.

Bez względu na to, która metoda będzie preferowana, układy typu sensor hub będą niezbędne do rozwoju funkcjonalności urządzeń przenośnych w kierunku oczekiwanym przez ich odbiorców, na przykład przez umożliwienie sterowania nimi za pośrednictwem gestów. Są też one wymagane w coraz dynamiczniej rozwijającym się segmencie elektroniki noszonej (wearable electronics).

Monika Jaworowska