陀螺儀傳感器為何能使鼠標變得如此自由？

陀螺儀傳感器為何能使鼠標變得如此自由？

最近對一款基于陀螺儀的鼠標進(jìn)行了拆解，這款名為ProGoGyrotransport的鼠標是由Gyration公司生產(chǎn)的，價(jià)值150美元(其中包括一個(gè)FreeSpace功能鼠標以及一個(gè)接在主機上的獨立USB收發(fā)適配器中的1GB閃存驅動(dòng)器)。對于不熟悉這類(lèi)產(chǎn)品的人來(lái)說(shuō)，它只是一個(gè)簡(jiǎn)單易用的基于自由空間移動(dòng)和手勢的定位和控制系統。在假象的平面上揮動(dòng)鼠標，屏幕上的光標就會(huì )跟著(zhù)移動(dòng)，并可以繞著(zhù)鏈接畫(huà)圈和點(diǎn)擊按鍵。當你正在演講或離開(kāi)桌子時(shí)，這些操作都能夠很方便地實(shí)現。

我不得不承認在一開(kāi)始時(shí)遇到了一點(diǎn)小麻煩：因為我不能對兩個(gè)按鍵同時(shí)操作，都準備要打支持服務(wù)電話(huà)了。不過(guò)隨后我發(fā)現在為鼠標供電的AAA電池上的一張薄包裝紙上清晰地印有使用說(shuō)明。這有可能是設計疏漏或用戶(hù)疏忽的緣故，不過(guò)解決了這個(gè)小問(wèn)題后，剩下的操作就簡(jiǎn)單了。

1GB閃存驅動(dòng)器

PC側的小型USB收發(fā)器通過(guò)一條2.4GHz鏈路與鼠標進(jìn)行通信，同時(shí)內置了1GB的NAND存儲器。在待分析的部件中有一個(gè)Micron科技制造的MT29F8G08FABA1GBNAND封裝，它在一個(gè)TSOP封裝內堆疊了4個(gè)256MB的SLCNAND芯片，這對這個(gè)已經(jīng)非常方便的小鼠標來(lái)說(shuō)起到了錦上添花的作用。為了使存儲器可以充當閃存驅動(dòng)器使用，由Cypress的CY7C68033USB控制器來(lái)處理USB和存儲器接口。

連接控制器和存儲器的是Cypress的CYWUSB6953MCU，是它創(chuàng )建了與空中鼠標通信所需的一半2.4GHz無(wú)線(xiàn)鏈路。

該鼠標由TI的混合信號MCUMSP430F1232控制，它內置了8KB和256KB的閃存以及256B的RAM。

在TI的DC/DC升壓轉換器旁，還有一個(gè)Cypress的CYWUSB69342.4GHz直接序列擴頻(DSSS)無(wú)線(xiàn)SoC，它創(chuàng )建了另一半2.4GHz無(wú)線(xiàn)鏈路。

雖然Cypress的無(wú)線(xiàn)USB器件在芯片領(lǐng)域中總是能給人以深刻印象，但鼠標中還有另一個(gè)同樣吸引人的器件，那就是Gyration公司生產(chǎn)的MG1104陀螺儀模塊。Gyration公司由Movea公司控股，Movea是由法國湯姆森公司分拆出來(lái)的公司，至今湯姆森公司還擁有少量該公司的股份。

MG1104與我期望在今天的硅MEMS加速計時(shí)代看到的傳感器有很大的差別，它的個(gè)頭特別大。其尺寸接近大塊糖果的模塊(邊長(cháng)約14mm)，內有許多半導體材料，但只是對陀螺儀傳感器本身起輔助作用。陀螺儀的運作基于科里奧利效應(Corioliseffect)的一些物理學(xué)基本原理。

我很不愿意使用“基本原理”這個(gè)詞，因為我很難理解陀螺儀的物理結構是如何應用這個(gè)原理的。關(guān)鍵點(diǎn)似乎是科里奧利效應能夠從旋轉速度和陀螺盤(pán)移動(dòng)時(shí)的振蕩中得出水平和垂直速度。

該傳感器是一個(gè)經(jīng)過(guò)蝕刻的金屬片，它由受驅動(dòng)的中心點(diǎn)形成一個(gè)針對手指的復雜網(wǎng)絡(luò )。初看起來(lái)，它極像與45rpm黑膠唱片一起使用的舊固套，能夠在標準的LP軸上旋轉(我知道我有點(diǎn)過(guò)時(shí)了)。這個(gè)金屬片被耦合到形成基本振蕩的驅動(dòng)線(xiàn)圈，而獨立輪輻似乎是用于另一種更復雜的振蕩模式的監測點(diǎn)。我就像可憐的大學(xué)新生一樣對此一知半解，但是我能給出的最好解釋是，輪幅的第二種振蕩模式在金屬片的最初振蕩形成搜尋加速時(shí)就會(huì )受到影響。

也許實(shí)際工作原理與上述描述有些出入(衷心希望有讀者來(lái)為我指正)，但這種機械結構在結合某些信號處理時(shí)實(shí)際上是一個(gè)雙軸加速的向量源。如此看來(lái)，Cadence為Gyration設計的這款定制IC同時(shí)控制了GYRC10433中的運放和ADC。Cadence的器件讀取檢測信號來(lái)獲得加速數據，然后將它轉換成模塊可讀的串行數字格式以進(jìn)行運動(dòng)控制。256B的EEPROM存儲著(zhù)用于模塊的校準常數，可用來(lái)補償任何制造性差異。

無(wú)漂移操作

最后，很聰明的一個(gè)步驟，就是通過(guò)懸掛陀螺儀的一組振蕩隔離線(xiàn)圈為陀螺模塊提供4個(gè)信號/電源連接，從而消除漂移和感應定位誤差。

雖然該產(chǎn)品專(zhuān)為使用PowerPoint的演講人而設計，基于手勢的控制概念已經(jīng)擴展到了許多其他領(lǐng)域，包括基于PC的電視遙控器。事實(shí)上，如果能令你花約100美元去購買(mǎi)兼容WindowsMedia的GY3101A型通用遙控器，Gyration公司會(huì )非常高興。這個(gè)面向消費類(lèi)應用的小玩意采用了基本的Gyrotransport技術(shù)。

值得一提的是，該產(chǎn)品的FreeSpace核心功能專(zhuān)用的原始硅片面積比1GB的NAND存儲器所需面積少了近6cm2。雖然Gyration產(chǎn)品的存儲功能是為了提升吸引力的附加功能，但存儲器的實(shí)際硅片面積有很大的值得商榷的余地。

上述拆解分析只是表明，產(chǎn)品的強大功能往往來(lái)自相對較小的芯片，就像陀螺模塊這種情況一樣，產(chǎn)品的主要功能來(lái)自于與硅片沒(méi)太大關(guān)系的部分。