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MEMS傳感器缺乏推動力 運動傳感技術(shù)在發(fā)展

日期:2025-04-26 22:09
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摘要:
目前,用于移動和游戲設(shè)備的運動傳感技術(shù)種類繁多,范圍從紅外傳感器和慣性傳感器到集成了加速計和陀螺儀的多功能器件。多虧了任天堂的Wii和蘋果的iPhone,以及眾多設(shè)計師的無限創(chuàng)意,MEMS傳感技術(shù)才能使大量**應(yīng)用成為可能。

  Bourne Research公司總裁兼**分析師Marlene Bourne表,雖然現(xiàn)在*為廣泛使用的傳感器是簡單的紅外線傳感器(并非基于MEMS),但由于在Wii和蘋果iPhone中的應(yīng)用,MEMS加速計已經(jīng)引起了人們的廣泛關(guān)注。

  不過,在今天的主流應(yīng)用中,MEMS傳感器仍缺乏足夠的推動力。

  Bourne認(rèn)為,對于MEMS傳感器的推廣來說,僅注重技術(shù)**還不夠,而且小尺寸和低價格也不是當(dāng)前的重點。她指出,MEMS供應(yīng)商已經(jīng)在上述三個方面取得進(jìn)展,但是*為重要的問題仍然懸則未決:MEMS傳感器的附加值體現(xiàn)在哪里?“早期的使用者將MEMS傳感器集成進(jìn)其產(chǎn)品中,但是這些產(chǎn)品并不屬于大眾市場,而只有進(jìn)入主流市場才能*終促進(jìn)MEMS傳感器的發(fā)展。不過,我認(rèn)為短期內(nèi)這不太可能發(fā)生。”Bournce表示。 

  要想充分發(fā)揮該技術(shù)的功能,當(dāng)前仍有大量工作要做。

  舉例來說,索尼的Sixaxis控制器所使用的慣性測量單元(IMU)就集成了一個加速計和一個陀螺儀,可以實現(xiàn)六自由度的移動。但Bournce認(rèn)為,索尼的控制器仍然基于玩家的雙手操作,它還不能像Wii那樣充分發(fā)揮MEMS傳感功能優(yōu)勢。

  另外還有來自現(xiàn)低端手機(jī)的競爭,這些手機(jī)使用了GestureTek等公司的軟件,復(fù)制了MEMS加速計的交互式體驗。對此,Bourne表示:“將MEMS集成進(jìn)蜂窩電話比集成進(jìn)傳感器更簡單、更迅速,而且成本也更低。因此,不要僅僅因為蜂窩電話有屏幕定向或交互游戲,就認(rèn)為其較MEMS傳感器先進(jìn)?!?nbsp;

  另外,設(shè)計師正在將更多的MEMS傳感器集成進(jìn)他們的移動設(shè)備設(shè)計中,并且在不計成本地開發(fā)新的具有創(chuàng)意的用法。

  “加速計將實現(xiàn)更多的用戶接口功能,而這也將成為未來的標(biāo)準(zhǔn)。通過某種運動,你可以在數(shù)秒內(nèi)實現(xiàn)多種檢測類型,無論是向某個方向或其相反方向搖動設(shè)備還是敲擊設(shè)備。”飛思卡爾半導(dǎo)體公司慣性傳感器營銷經(jīng)理Michelle Kelsey表示。

  便攜式設(shè)備設(shè)計師總是想在不增加尺寸的條件下增加更多的性能,因此說到傳感器,設(shè)計師希望能在一個微型封裝內(nèi)集成多種性能,包括快速響應(yīng)、低電流損耗和低電壓操作等。

  另外,設(shè)計師正在尋求具有更高靈敏度(面向運動型應(yīng)用)、更好溫度補(bǔ)償機(jī)制和更高智能性的傳感器,比如門限檢測和點擊或脈沖檢測,Kelsey指出。

  有了門限檢測功能后,用戶可以對門限信號電平進(jìn)行編程來檢測敲擊或震動;有了點擊或脈沖檢測功能后,用戶可以通過對信號門限和信號時序編程,來檢測單次或雙次敲擊,或者是在使用者步行時,將其用于計步器應(yīng)用中,Kelsey說。

  設(shè)計師還希望有更低的電流損耗或快速的上電響應(yīng)時間,以便給設(shè)備循環(huán)供電實現(xiàn)目標(biāo)電流損耗;或者有睡眠模式功能,當(dāng)需要運動檢測時關(guān)閉加速計,Kelsey表示。 

  睡眠模式的例子之一是當(dāng)手機(jī)閑置時關(guān)閉其背光,當(dāng)檢測到運動時再重新打開。

 

圖1:Hillcrest Labs推出環(huán)狀參考設(shè)備——具有兩個按鍵和一個滾輪的指針式電視遙控器,利用其Freespace空中慣性傳感器技術(shù)實現(xiàn)三維指示。

  小型化很重要

  一些用于消費電子產(chǎn)品的*新三軸加速計特別小,非常適用于游戲、硬盤驅(qū)動保護(hù)和**等應(yīng)用。一些加速計具有快速啟動、零加速度檢測特性,可實現(xiàn)自由落體保護(hù)和自檢功能。

  意法半導(dǎo)體(ST)去年晚期推出了新一代的"納米級"三軸線性加速計。產(chǎn)品型號為LIS331的低功率MEMS傳感器系列可以為消費和工業(yè)應(yīng)用中小型化運動檢測解決方案提供嵌入式智能特性,包括移動和游戲設(shè)備中的運動用戶接口、硬盤數(shù)據(jù)保護(hù)中 的自由落體檢測,甚至白家電中的振動檢測和補(bǔ)償。

  ST的三軸運動傳感器代表這類產(chǎn)品向微型化方向邁出了一大步。采用3x3x0.9mm塑料封裝的LIS331加速計還具備極高的抗震能力,其*大可抵御10,000 g沖擊。“納米”運動傳感器非常適合于各種低加速度應(yīng)用。

  飛思卡爾半導(dǎo)體公司也在去年進(jìn)一步擴(kuò)充了其MEMS傳感器產(chǎn)品線,其中一款三軸數(shù)字輸出加速計的外形尺寸比前代產(chǎn)品小77%,并且無需A/D轉(zhuǎn)換器和外部存儲器即可工作。該公司表示,MMA7450L是目前采用0.8mm超薄塑料LGA封裝的*薄器件。

  MMA7450L可以實現(xiàn)基于運動的功能,如傾斜滾動、游戲控制、按鍵靜音和手持終端的自由落體硬盤驅(qū)動保護(hù)等,這些功能可以用來實現(xiàn)基于手部動作的用戶接口以及要求移動、加速或傾斜感應(yīng)的設(shè)備。

  飛思卡爾公司近期推出了增強(qiáng)型產(chǎn)品,包含*新MMA73x1L系列中的MMA7361L,該器件具有用于運動識別的1.5和6g檢測選項。

  該公司還發(fā)布了MMA7455L,它是7450L器件的擴(kuò)展,具有更高的封裝高度,但價格卻更低。MMA7455L將提供I2C和SPI接口、門限檢測和點擊檢測功能,因此非常適用于蜂窩電話或個人設(shè)備中的運動應(yīng)用,包括圖像穩(wěn)定、文本滾動和移動撥號。

  ADI則計劃發(fā)布Wii搖控器中使用的ADXL330三軸加速計的后繼產(chǎn)品。ADI承諾其下一個加速計將提供更好的性能,包括低功率和更低的成本。 

 

 圖2:飛思卡爾公司的MMA7455L低加速度三軸數(shù)字加速計可以提供I2C和SPI接口、溫度補(bǔ)償、自檢、脈沖檢測和可編程門限等性能

  雙軸器件 

  InvenSense公司則提供采用4x5x1.2mm封裝的雙軸陀螺儀IDG-1100。該器件集成了MEMS諧振結(jié)構(gòu)和硅晶圓級的CMOS電子器件。IDG-1100陀螺儀的外形尺寸要比其他同類產(chǎn)品小25%,InvenSense公司表示。

  IDG100主要用于對成本敏感和受尺寸約束的便攜式消費類應(yīng)用(如數(shù)碼相機(jī)和攝像機(jī))實現(xiàn)圖像和視頻的穩(wěn)定;用于便攜式導(dǎo)航設(shè)備實現(xiàn)GPS信號丟失或弱化時的航位推測;用于三維運動檢測設(shè)備(如空中鼠標(biāo)和A/V遙控器)操作電視和多媒體中心及游戲控制器。

  另外一種用于空中鼠標(biāo)的技術(shù)是空中慣性傳感器技術(shù),它利用MEMS傳感器、DSP和邏輯實現(xiàn)三維指示。Hillcrest Labs的Freespace技術(shù)雖然瞄準(zhǔn)電視遙控器和游戲控制器市場,但也被羅技公司用于其PC用MX Air可充電無線空中鼠標(biāo)中。

  該技術(shù)與設(shè)備的位置無關(guān),并且無方向約束?!凹词鼓銓⒃O(shè)備翻轉(zhuǎn),面向下拿在手中,只要你往左移,光標(biāo)仍會往左動。” Hillcrest Labs**技術(shù)官Chuck Gritton表示。

  一旦你進(jìn)入GPS領(lǐng)域,可能復(fù)雜性和成本都會提高。GPS受益于目前為止*復(fù)雜的MEMS檢測群設(shè)備之一:磁性羅盤?!斑@些群設(shè)備不僅整合了IMU(加速計和陀螺儀),還有MEMS磁性傳感器,甚至*近還增加了MEMS壓力傳感器?!盉ourne介紹,“目前只有那些非常**的型號才會采用這樣的配置,雖然制造商喜歡航位推測/方向功能,但他們認(rèn)為檢測模塊太貴,短期內(nèi)無法大范圍推廣?!?/p>

  一些導(dǎo)航系統(tǒng)使用陀螺儀實現(xiàn)高速測量和方向改變,它們還利用磁性傳感器實現(xiàn)陀螺儀的低速漂移補(bǔ)償,ADI公司應(yīng)用工程師Harvey Weinberg指出。從這里開始系統(tǒng)就變得復(fù)雜起來,因為用作長期參考的磁性傳感器需要加速計補(bǔ)償,而用作短期方向參考的陀螺儀則由磁性傳感器進(jìn)行長期漂移補(bǔ)償,他指出。 

  Bourne相信,在手持設(shè)備中集成GPS將進(jìn)一步推動蜂窩電話中MEMS傳感器的發(fā)展,但可以預(yù)見,在未來成本將限制這些MEMS傳感器只能用于某些**型號。

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