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MEMS傳感器缺乏推動力 運動傳感技術(shù)在發(fā)展
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。