體感控制漸成主流 MEMS傳感器市場(chǎng)迅速升溫

近年來(lái)，不只是電視游戲主機的體感控制器持續發(fā)燒，智能手機也必須搭載更多元的MEMS組件，來(lái)使產(chǎn)品整合更多元的應用價(jià)值，而自電視游戲機、手機、筆記本電腦，甚至是白家電，已有越來(lái)越多的消費電子產(chǎn)品開(kāi)始使用低g加速計，實(shí)現了運動(dòng)控制的使用者接口設計應用。

　　低g加速計感測精度有限

　　在終端應用方面，低g值的加速度計MEMS產(chǎn)品，在因應基本型態(tài)的動(dòng)作感測可以獲得不錯的使用效益，但實(shí)際上，低g值的加速度計在組件性能表現、感測精度有一定程度極限，若使用者想獲得更高精度的體感操作體驗，會(huì )因傳感器的感應反應限制，而相對限制了體感應用設計的細節表現。

　　同樣的，直線(xiàn)型的加速度計MEMS，其實(shí)在芯片感測的能力受限架構設計，而使其表現在更高精密度的應用方案呈現限制，尤其在人機界面應用與互動(dòng)設計方案中。目前，較優(yōu)的設計是，使用支持多軸MEMS的陀螺儀(Gyro sensor)組件，同時(shí)搭配地磁感應計參照，來(lái)發(fā)揮高精度動(dòng)態(tài)感測設計方案。

　　體感游戲應用加溫MEMS陀螺儀使用

　　所謂的陀螺儀，簡(jiǎn)言之即為可測量沿著(zhù)一個(gè)軸、或多軸運動(dòng)的角速度動(dòng)態(tài)數據，基本上陀螺儀的使用是用來(lái)補充MEMS加速計設計方案、提升動(dòng)態(tài)感測精度的輔助強化組件，透過(guò)加速度感測搭配角速度的實(shí)時(shí)參照，可以讓操作系統獲得更精確的動(dòng)作感測數據。

　　陀螺儀解決方案在組件用量越來(lái)越多、料件成本也持續壓低。如，Nintendo于2009年推出Wii Motion Plus控制器游戲桿，利用追加MEMS陀螺儀設計方案，來(lái)補強原有體感游戲控制器的感測精度，透過(guò)Motion Plus偵測體感游戲桿的3D角速度變化量，帶動(dòng)游戲機導入MEMS陀螺儀銷(xiāo)售額成長(cháng)近3倍!

　　另智能手機產(chǎn)品也跟上MEMS陀螺儀使用風(fēng)潮，iPhone 4為全球第一支內建MEMS陀螺儀的智能手機，而針對智能手機應用方案供應MEMS陀螺儀的業(yè)者，包含STMicroelectronics、InvenSense、Analog Devices等。

　　MEMS陀螺儀目前還廣泛用在數字相機的電子防震設計、筆記本電腦的硬盤(pán)防摔落動(dòng)態(tài)保護、3D空間鼠標、數字電子羅盤(pán)、汽車(chē)的ESC/ESP等系統設計之中，或是搭配自動(dòng)控制系統、機器人控制手臂之動(dòng)態(tài)平衡設計方案中。

　　加速度計整合陀螺儀提升應用價(jià)值

　　目前多數以加速度計搭配陀螺儀通常經(jīng)過(guò)整合設計、來(lái)建構可進(jìn)行動(dòng)態(tài)追蹤與捕捉3D空間的完整運動(dòng)軌跡。以現有的MEMS陀螺儀為例，MEMS陀螺儀(Gyroscope)又名角速度計，其實(shí)MEMS陀螺儀的核心組件，是一組經(jīng)過(guò)硅制程的微加工機械組合，在硅結構設計上為參照一組如同音叉機制的運轉結構，其應用裝置的角速度感測，其工作原理為由相互正交之振動(dòng)與轉動(dòng)導致的交變科里奧利力，至于振動(dòng)的物體由柔軟之彈性結構懸掛于基座上，MEMS陀螺儀整體動(dòng)力學(xué)系統，是由2D彈性阻尼系統整合，系統中的振動(dòng)和轉動(dòng)所產(chǎn)生的科里奧利力將角速度之能量轉移至傳感模式，角速率轉換為特定感應結構的直向位移，透過(guò)MEMS的結構進(jìn)而取得變化量的感測信息。

　　至于陀螺儀與加速計最大的不同是，陀螺儀的量測數據較偏向斜度、偏航等動(dòng)態(tài)信息，反而與重力、線(xiàn)性動(dòng)作感測數據較無(wú)關(guān)，陀螺儀多在偵測物體水平改變狀態(tài)時(shí)較能達到效用，無(wú)法如加速度計對于物體移動(dòng)或移動(dòng)動(dòng)能具較高的感測能力。相反的，加速度計可在偵測物體移動(dòng)狀態(tài)具較高實(shí)用效益，但卻無(wú)法感測物體的小幅角度改變。因而將加速度計與陀螺儀整合，即可讓動(dòng)態(tài)感測系統同時(shí)具備直向速度與轉動(dòng)數據的感測信息，讓動(dòng)態(tài)感測系統的偵測范圍更全面、完整。

　　在MEMS的節能設計方面，在系統毋須使用動(dòng)態(tài)感測應用時(shí)，MEMS可以搭配關(guān)閉部分功能達到高效節能效用。例如，在陀螺儀設計方案中，可將陀螺儀的傳遞訊號與調節電路區分為馬達驅動(dòng)部份、加速傳感器感應電路兩大部份，馬達驅動(dòng)部份為利用靜電驅動(dòng)的原理令機械組件產(chǎn)生前/后振蕩，產(chǎn)生感測過(guò)程所需的諧振作用，至于感應部份為利用量測系統電容變化量