MEMS陀螺儀和地磁感應(yīng)計(jì)進(jìn)入消費(fèi)電子

　　不僅有運(yùn)動(dòng)傳感器，還有…
全新的地磁感應(yīng)計(jì)正在融入消費(fèi)電子產(chǎn)品。
磁感應(yīng)計(jì)能夠測(cè)量多個(gè)軸向的地球磁場(chǎng)強(qiáng)度，讓便攜設(shè)備實(shí)現(xiàn)更強(qiáng)的羅盤和導(dǎo)航功能。

　　類似于運(yùn)動(dòng)傳感器，消費(fèi)電子產(chǎn)品和手機(jī)也是增長(zhǎng)最快的磁感應(yīng)計(jì)市場(chǎng)，2009年磁感應(yīng)計(jì)市場(chǎng)增幅逾100%。據(jù)iSuppli最新的市場(chǎng)研究報(bào)告，這個(gè)市場(chǎng)增長(zhǎng)非?？?，出貨量預(yù)計(jì)從2008年的800萬(wàn)件，增長(zhǎng)到2013年5.40億，年復(fù)合增長(zhǎng)率（CAGR）達(dá)到129%。

　　在現(xiàn)有的不同的磁感應(yīng)計(jì)芯片制造技術(shù)中，各向異性磁阻(AMR)傳感器的發(fā)展勢(shì)頭銳不可擋，因?yàn)槟軌蛱峁└呖臻g分辨率和高精度、低功耗，特別是低功耗對(duì)電池供電的便攜設(shè)備至關(guān)重要。磁感應(yīng)計(jì)的工作原理是通過(guò)測(cè)量電阻變化來(lái)確定磁場(chǎng)強(qiáng)度。當(dāng)在一個(gè)很薄的鐵條上施加磁力線方向與經(jīng)過(guò)鐵條的電流方向垂直的磁場(chǎng)時(shí)，鐵條內(nèi)的電阻就會(huì)發(fā)生變化。這種傳感器通常采用單臂電橋形式，如圖4所示，電橋由靜態(tài)阻值相同的磁阻構(gòu)成。在測(cè)量過(guò)程中，電橋被通電壓Vb，有電流通過(guò)電阻。只要施加磁場(chǎng)H，在四個(gè)相反放置的電阻器內(nèi)，有兩個(gè)電阻的磁化矢量轉(zhuǎn)向電流，使電阻值變大，而另兩個(gè)電阻的磁化矢量背離電流，使電阻值變小。在線性范圍內(nèi)，傳感器輸出與所施加的磁場(chǎng)強(qiáng)度成正比。

圖 4:磁阻傳感器：簡(jiǎn)圖

　　隨著手機(jī)成為傳感器最熱的應(yīng)用領(lǐng)域，當(dāng)配合加速計(jì)實(shí)現(xiàn)傾斜補(bǔ)償羅盤應(yīng)用時(shí)，磁感應(yīng)計(jì)越來(lái)越被市場(chǎng)看好。例如，意法半導(dǎo)體的6D模塊LSM303DLH就是一個(gè)有6個(gè)自由度(6 DOF) 的磁感應(yīng)計(jì)。 這款產(chǎn)品在一個(gè)超小的LGA封裝內(nèi)集成一個(gè)高性能的3軸加速計(jì)與一個(gè)高分辨率的3軸磁感應(yīng)計(jì) （圖5）。磁感應(yīng)計(jì)單元包括附加的電流帶，可以通過(guò)電方式給輸出磁極“置位”或“復(fù)位”，并施加一個(gè)偏移磁場(chǎng)來(lái)修正環(huán)境磁場(chǎng)。

圖 5:LSM303DLH 3x 在一個(gè)超小的LGA封裝內(nèi)整合一個(gè)3軸加速計(jì)和一個(gè)3軸磁感應(yīng)計(jì)

　　在建筑物和汽車內(nèi)，在高緯度地區(qū)，如北美和北歐，很難用霍爾型磁感應(yīng)計(jì)檢測(cè)地球磁場(chǎng)傾角，而LSM303DLH能夠提供準(zhǔn)確的3D的行進(jìn)方向。配合支持各種主流的手機(jī)操作系統(tǒng)的行進(jìn)、自動(dòng)校準(zhǔn)和軟/硬鐵補(bǔ)償驅(qū)動(dòng)程序，LMS303DLH六維磁感應(yīng)計(jì)為系統(tǒng)設(shè)計(jì)人員實(shí)現(xiàn)導(dǎo)航功能提供一個(gè)強(qiáng)大的工具。

　　特別值得一提的是，整合加速計(jì)、陀螺儀和磁感應(yīng)計(jì)，并均衡地利用三者的各自優(yōu)點(diǎn)，可在在導(dǎo)航解決方案的核心部分實(shí)現(xiàn)一個(gè)所謂的慣性測(cè)量單元（IMU）。換句話說(shuō)，平臺(tái)開發(fā)商可利用最新的MEMS技術(shù)，將慣性傳感器與較傳統(tǒng)的GPS系統(tǒng)配合使用，能夠在衛(wèi)星信號(hào)很弱的高樓林立的市區(qū)或根本沒(méi)有信號(hào)的室內(nèi)或地鐵環(huán)境中提供導(dǎo)航服務(wù)。在不久的將來(lái)，準(zhǔn)確的方位信息與服務(wù)廠商提供的附加中間數(shù)據(jù)將會(huì)整合在一起，并顯示在用戶的手機(jī)顯示屏幕上，這種定位關(guān)聯(lián)服務(wù)將會(huì)為手機(jī)用戶帶來(lái)好處，例如，手機(jī)用戶可以獲得位于某一個(gè)購(gòu)物中心內(nèi)的所有商鋪的準(zhǔn)確信息，找到想要購(gòu)買的產(chǎn)品的方位提示，接收根據(jù)用戶興趣訂制的商品特 價(jià)和打折信息。

　　這樣的應(yīng)用現(xiàn)已出現(xiàn)在市場(chǎng)上，例如，在荷蘭，Android手機(jī)用戶可以安裝新增的移動(dòng)現(xiàn)實(shí)空間瀏覽器Layar。

　　在大多情況下，新出現(xiàn)的開放軟件平臺(tái)的開發(fā)項(xiàng)目更易遭遇到先進(jìn)的感應(yīng)功能，所以新的軟件平臺(tái)鼓勵(lì)全社區(qū)的開發(fā)人員團(tuán)結(jié)協(xié)作，開發(fā)符合自己需求的應(yīng)用軟件，同時(shí)給電子設(shè)備增加價(jià)值。

　　整合MEMS加速計(jì)、陀螺儀和地磁感應(yīng)計(jì)的模塊正在進(jìn)入廉價(jià)的電子玩具市場(chǎng)，傳感器模塊提供的動(dòng)作捕捉功能可實(shí)現(xiàn)互動(dòng)的游戲體驗(yàn)，還能讓更小的兒童上網(wǎng)分享快樂(lè)：孩子們很快就能夠創(chuàng)造自己的虛擬娃娃和人物，用人類自然的動(dòng)作玩這些玩具，不再使用按鈕或鍵盤一類的東西，甚至可以在網(wǎng)上與全球的小朋友一起分享游戲。

　　結(jié)論：我們最近推出的微型、可靠、低價(jià)的MEMS陀螺儀和磁感應(yīng)計(jì)通常集成了MEMS加速計(jì)，可使多種消費(fèi)電子設(shè)備實(shí)現(xiàn)更強(qiáng)的運(yùn)動(dòng)跟蹤功能，為用戶提供更好的如臨其境的現(xiàn)場(chǎng)感。意法半導(dǎo)體是您首選的一站式MEMS元器件供應(yīng)商，上文提到的全部元器件都在意法半導(dǎo)體的傳感器產(chǎn)品組合內(nèi)。憑借在MEMS技術(shù)、ASIC設(shè)計(jì)和更智能的封裝技術(shù)上不斷取得進(jìn)步，結(jié)合最先進(jìn)的生產(chǎn)線和戰(zhàn)略合作伙伴關(guān)系，意法半導(dǎo)體正在推動(dòng)感應(yīng)功能一體化時(shí)代，進(jìn)一步加強(qiáng)其MEMS傳感器在消費(fèi)電子和手機(jī)市場(chǎng)的領(lǐng)導(dǎo)地位。

作者簡(jiǎn)介

Fabio Pasolini是意法半導(dǎo)體MEMS傳感器和高性能模擬產(chǎn)品部下的消費(fèi)電子與工業(yè)應(yīng)用事業(yè)組的總監(jiān)。1994年畢業(yè)于意大利帕維亞大學(xué)工程系，1995起效力于意法半導(dǎo)體，為ST的MEMS產(chǎn)品部的發(fā)展做出了貢獻(xiàn)，幫助ST成為這個(gè)領(lǐng)域的領(lǐng)先企業(yè)。

Fabio曾積極參與過(guò)多種集成電路的開發(fā)項(xiàng)目；他的研究項(xiàng)目主要集中于微機(jī)電系統(tǒng)，包括MEMS加速計(jì)和陀螺儀內(nèi)置的讀出接口、智能傳感器模塊，以及基于運(yùn)動(dòng)識(shí)別的完整應(yīng)用的開發(fā)和產(chǎn)業(yè)化項(xiàng)目。

在帶通sigma-delta轉(zhuǎn)換器穩(wěn)定技術(shù)、數(shù)據(jù)處理和MEMS傳感器電子接口架構(gòu)等領(lǐng)域，他曾獲得多項(xiàng)專利，發(fā)表多篇技術(shù)論文。