MEMS傳感器推動(dòng)創(chuàng )新型消費電子應用發(fā)展

　　盡管2009年全球經(jīng)歷了空前的經(jīng)濟危機，但是MEMS市場(chǎng)并未受到影響，市場(chǎng)規模幾乎與2008持平，出貨量與2008年同期相比大約增長(cháng)了10%。這些數據表明，MEMS在消費電子市場(chǎng)的滲透率正在不斷提高。iSuppli最新一份市場(chǎng)研究報告顯示，2010年及以后的MEMS市場(chǎng)前景光明，預計2010年MEMS市場(chǎng)將重新恢復兩位數的增幅，而2009-2013期間的總年復合增長(cháng)率更是會(huì )達到12.2%。

　　事實(shí)上，MEMS傳感器是消費電子實(shí)現創(chuàng )新應用不可或缺的關(guān)鍵元器件。近年來(lái)，從游戲機到手機，從筆記本電腦到白色家電，很多消費電子產(chǎn)品都利用低g加速計實(shí)現了運動(dòng)控制的用戶(hù)界面和增強型保護系統?，F在，該輪到MEMS陀螺儀和地磁感應計發(fā)揮作用，推動(dòng)新一波令人興奮的創(chuàng )新應用高速增長(cháng)。

　　有關(guān)能夠測量線(xiàn)性加速度的MEMS加速計的技術(shù)文章已經(jīng)很多，因此，本文基本不涉及加速傳感器，而是將更多筆墨留給陀螺儀、地磁感應計等具有多個(gè)自由度檢測功能的元器件。

　　MEMS陀螺儀

　　陀螺儀能夠測量沿一個(gè)軸或幾個(gè)軸運動(dòng)的角速度，是補充MEMS加速計功能的理想技術(shù)。事實(shí)上，如果組合使用加速計和陀螺儀這兩種傳感器，系統設計人員就可以跟蹤并捕捉三維空間的完整運動(dòng)，為最終用戶(hù)提供現場(chǎng)感更強的用戶(hù)使用體驗、精確的導航系統以及其它功能。

　　ST在MEMS市場(chǎng)的份額正在快速增長(cháng)。作為全球公認的消費電子和手機市場(chǎng)最大的MEMS傳感器供應商，ST最近推出了30款以低功耗和小封裝為特色的高性能陀螺儀。

　　ST陀螺儀的核心元件是一個(gè)微加工機械單元，在設計上按照一個(gè)音叉機制運轉，利用科里奧利原理把角速率轉換成一個(gè)特定感應結構的位移。我們以一個(gè)單軸Z軸陀螺儀為例，探討最簡(jiǎn)單的工作原理(圖1)。兩個(gè)正在運動(dòng)的質(zhì)點(diǎn)向相反方向做連續運動(dòng)，如藍色箭頭所示。只要從外部施加一個(gè)角速率，就會(huì )出現一個(gè)科里奧利力，力的方向垂直于質(zhì)點(diǎn)運動(dòng)方向。產(chǎn)生的科里奧利力使感應質(zhì)點(diǎn)發(fā)生位移，位移大小與所施加的角速率大小成正比。因為，傳感器感應部分的運動(dòng)電極(轉子)位于固定電極(定子)的側邊，上面的位移將會(huì )在定子和轉子之間引起電容變化，因此在陀螺儀輸入部分施加的角速率被轉化成一個(gè)專(zhuān)用電路可以檢測的電參數。

 

　　單軸MEMS偏航陀螺儀

　　ST研制的微機械陀螺儀傳感器沿用了ST成功的制造技術(shù)，這項技術(shù)已為ST制造了6億多顆加速傳感器，選擇成功的技術(shù)可為客戶(hù)提供最先進(jìn)的質(zhì)量可靠的產(chǎn)品，而且可直接用于最終應用。因為ST選用了音叉方法設計陀螺儀，其差分特性使系統本身對作用在傳感器上的無(wú)用線(xiàn)性加速度和雜亂振動(dòng)的敏感度低于市場(chǎng)上現有的其它類(lèi)型陀螺儀。當這些無(wú)用的信號被施加到陀螺儀上時(shí)，兩個(gè)質(zhì)點(diǎn)就會(huì )沿相同方向位移，在一個(gè)差分測量后，最終的電容變化將視為無(wú)效。