MEMS：對消費類電子產生重大影響的技術

制造商正在不斷完善手持式裝置，提供體積更小而功能更多的產品。但矛盾之處在于，隨著技術的改進，價格往往也會出現(xiàn)飆升，所以這就導致一個問題：制造商不得不面對相互矛盾的要求——在讓產品功能超群的同時降低其成本。
解決這一難題的方法之一是采用微機械加工技術，更流行的說法是MEMS，它使得制造商能將一件產品的所有功能集成到單個芯片上。MEMS對消費電子產品的終極影響不僅包括成本的降低、而且也包括在不犧牲性能的情況下實現(xiàn)尺寸和重量的減小。事實上，大多數(shù)消費類電子產品所用MEMS元件的性能比已經出現(xiàn)的同類技術大有提高。雖然MEMS過去只限于汽車、工業(yè)和醫(yī)療應用，但據(jù)調查公司估計：“MEMS消費類電子產品的銷售額將在2005年前達到15億美元”。
手持式設備制造商正在逐漸意識到MEMS的價值以及這種技術所帶來的好處——大批量、低成本、小尺寸，而且開始轉向成功的MEMS公司，其所實現(xiàn)的成本削減幅度之大，將影響整個消費類電子世界，而不僅是高端裝置。


圖1  人跑步/走路時的側向z軸運動

跟上發(fā)展步伐
正在日益流行的MEMS應用是步程計，它用于測量人行走時的速度或距離。將在z軸方向上的機械平移運動轉換為電脈沖(圖1)是MEMS器件的作用所在。這些脈沖饋入一個峰值檢測器電路，該電路隨后在每個脈沖作用下觸發(fā)一次計數(shù)。精心設計峰值檢測算法則能根據(jù)所選用的加速度計情況來獲得最優(yōu)的測量效果。
如果步程計安裝到被測人的足部，當該人跑步時，則步程計就會定期受到極大的沖擊作用。如果產品使用加速度計的話，如此之高的沖擊指標會大大限制產品的性能。例如，有些加速度計設計在過載超過一定程度時會出現(xiàn)被稱作“粘死”的現(xiàn)象，加速度計在受到很大沖擊時將出現(xiàn)飽和，即使大過載消除后仍然保持飽和輸出。為了使其擺脫這種狀態(tài)，可能需要將電源極性顛倒過來。MEMSIC公司的加速度計以熱敏感原理來檢測加速度，因此沒有其它加速度計在大負載情況下出現(xiàn)的問題，如粘死，這是因為它們根本就沒有敏感質量的緣故。

讓GPS更可靠
不管是在偏僻的小路上游覽還是簡單的為汽車導航，手持式全球定位系統(tǒng)(GPS)都是一件安全、方便且理想的隨身裝備。
利用GPS接收機支持的人員和車輛定位系統(tǒng)可以確定位置，而且提供路線方面的引導。采用GPS系統(tǒng)時，信號接收并非始終是100％可靠的，但是若有基于MEMS技術的加速度計，就可以由能推算出行駛(走)距離的導航解算方法來彌補信號方面的損失。此外，在修正這些系統(tǒng)所用的3軸電子羅盤的磁偏角方面，加速度計也非常有用。加速度計可以跟蹤偏離重力方向零位基準的角位移信息，獲得這些信息后，就可以修正磁偏角，這樣即使裝置不處于水平狀態(tài)，仍可以得出精確的方向讀數(shù)。
手持式GPS制造商要解決的問題之一是如何在惡劣的天氣條件下保證裝置的性能。這些系統(tǒng)在極端溫度條件下都必須可靠而且能夠耐受強烈的沖擊。目前的加速度計在很多情況下尚不能承受惡劣環(huán)境下所存在的強沖擊影響。MEMSIC公司所設計的新產品則實現(xiàn)了高抗沖擊性能——5萬g，因此其幾乎不可能失效。而大多數(shù)MEMS加速度計的沖擊過載耐受范圍是500g~2000g，常常會失效，因為器件無法在更加惡劣的環(huán)境中保持完好無損。

為游戲應用提供更佳的控制能力
在改善電子游戲的體驗方面，MEMS加速度計還能提供運動和傾斜檢測。這些游戲可以在多種平臺上運行——包括Microsoft Xbox、Sony的Playstation、Nintendo GameCube等游戲機和Nintendo GameBoy、Palm或Pocket PC PDA等手持式裝置，以及其它膝上型和桌上型電腦，改善控制盤和操縱桿的傾斜及運動敏感功能。
該功能讓用戶沉浸在游戲之中，體驗其中的樂趣。特別是玩飛行模擬類游戲時，用戶需要讓游戲控制盤或者操縱桿傾斜來使飛機轉彎——無論是操控螺旋槳式飛機還是噴氣式戰(zhàn)斗機，大多數(shù)用戶在完成大斜度轉彎時都會出現(xiàn)整個身體都傾斜的現(xiàn)象，這讓他們產生更為身臨其境的感覺。
像Nintendo公司的Gameboy等手持式裝置，都提供了一種靠傾斜、搖擺來控制的游戲“Kirby傾斜和翻轉”。在游戲中，球形主人公Kirby要根據(jù)不斷滾擺的浮空平臺傾斜情況來滾轉，搖動Gameboy可以幫助Kirby跳到下一個浮空平臺。在采用MotionSense公司軟、硬件的掌上型或便攜式PC PDA裝置中，也可以添加與此類似的迷宮游戲。
體育比賽類游戲也可以利用MEMS加速度計帶來的好處。裝備了MEMS加速度計及陀螺的棒球棍或者高爾夫球棍可以提供全部旋轉信息，用來精確的復現(xiàn)出擊球的動作。

結語
隨著MEMS價值得到證明，越來越多的消費類電子產品制造商采用這項技術。蜂窩式器件的制造商也已經象游戲業(yè)一樣意識到了它的重要性，特別是開發(fā)無線產品的廠商。隨著手持式市場繼續(xù)獲得爆炸性增長，低成本將成為其成功的推動因素，而該增長可以通過MEMS技術的利用來獲得?！? 加速度計相關文章:加速度計原理