MEMS陀螺儀和地磁感應計進(jìn)入消費電子

　　不僅有運動(dòng)傳感器，還有…
全新的地磁感應計正在融入消費電子產(chǎn)品。
磁感應計能夠測量多個(gè)軸向的地球磁場(chǎng)強度，讓便攜設備實(shí)現更強的羅盤(pán)和導航功能。

　　類(lèi)似于運動(dòng)傳感器，消費電子產(chǎn)品和手機也是增長(cháng)最快的磁感應計市場(chǎng)，2009年磁感應計市場(chǎng)增幅逾100%。據iSuppli最新的市場(chǎng)研究報告，這個(gè)市場(chǎng)增長(cháng)非?？?，出貨量預計從2008年的800萬(wàn)件，增長(cháng)到2013年5.40億，年復合增長(cháng)率（CAGR）達到129%。

　　在現有的不同的磁感應計芯片制造技術(shù)中，各向異性磁阻(AMR)傳感器的發(fā)展勢頭銳不可擋，因為能夠提供高空間分辨率和高精度、低功耗，特別是低功耗對電池供電的便攜設備至關(guān)重要。磁感應計的工作原理是通過(guò)測量電阻變化來(lái)確定磁場(chǎng)強度。當在一個(gè)很薄的鐵條上施加磁力線(xiàn)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)阻值相同的磁阻構成。在測量過(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，有兩個(gè)電阻的磁化矢量轉向電流，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(xiàn)性范圍內，傳感器輸出與所施加的磁場(chǎng)強度成正比。

圖 4:磁阻傳感器：簡(jiǎn)圖

　　隨著(zhù)手機成為傳感器最熱的應用領(lǐng)域，當配合加速計實(shí)現傾斜補償羅盤(pán)應用時(shí)，磁感應計越來(lái)越被市場(chǎng)看好。例如，意法半導體的6D模塊LSM303DLH就是一個(gè)有6個(gè)自由度(6 DOF) 的磁感應計。 這款產(chǎn)品在一個(gè)超小的LGA封裝內集成一個(gè)高性能的3軸加速計與一個(gè)高分辨率的3軸磁感應計 （圖5）。磁感應計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封裝內整合一個(gè)3軸加速計和一個(gè)3軸磁感應計

　　在建筑物和汽車(chē)內，在高緯度地區，如北美和北歐，很難用霍爾型磁感應計檢測地球磁場(chǎng)傾角，而LSM303DLH能夠提供準確的3D的行進(jìn)方向。配合支持各種主流的手機操作系統的行進(jìn)、自動(dòng)校準和軟/硬鐵補償驅動(dòng)程序，LMS303DLH六維磁感應計為系統設計人員實(shí)現導航功能提供一個(gè)強大的工具。

　　特別值得一提的是，整合加速計、陀螺儀和磁感應計，并均衡地利用三者的各自?xún)?yōu)點(diǎn)，可在在導航解決方案的核心部分實(shí)現一個(gè)所謂的慣性測量單元（IMU）。換句話(huà)說(shuō)，平臺開(kāi)發(fā)商可利用最新的MEMS技術(shù)，將慣性傳感器與較傳統的GPS系統配合使用，能夠在衛星信號很弱的高樓林立的市區或根本沒(méi)有信號的室內或地鐵環(huán)境中提供導航服務(wù)。在不久的將來(lái)，準確的方位信息與服務(wù)廠(chǎng)商提供的附加中間數據將會(huì )整合在一起，并顯示在用戶(hù)的手機顯示屏幕上，這種定位關(guān)聯(lián)服務(wù)將會(huì )為手機用戶(hù)帶來(lái)好處，例如，手機用戶(hù)可以獲得位于某一個(gè)購物中心內的所有商鋪的準確信息，找到想要購買(mǎi)的產(chǎn)品的方位提示，接收根據用戶(hù)興趣訂制的商品特 價(jià)和打折信息。

　　這樣的應用現已出現在市場(chǎng)上，例如，在荷蘭，Android手機用戶(hù)可以安裝新增的移動(dòng)現實(shí)空間瀏覽器Layar。

　　在大多情況下，新出現的開(kāi)放軟件平臺的開(kāi)發(fā)項目更易遭遇到先進(jìn)的感應功能，所以新的軟件平臺鼓勵全社區的開(kāi)發(fā)人員團結協(xié)作，開(kāi)發(fā)符合自己需求的應用軟件，同時(shí)給電子設備增加價(jià)值。

　　整合MEMS加速計、陀螺儀和地磁感應計的模塊正在進(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)現互動(dòng)的游戲體驗，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(lèi)自然的動(dòng)作玩這些玩具，不再使用按鈕或鍵盤(pán)一類(lèi)的東西，甚至可以在網(wǎng)上與全球的小朋友一起分享游戲。

　　結論：我們最近推出的微型、可靠、低價(jià)的MEMS陀螺儀和磁感應計通常集成了MEMS加速計，可使多種消費電子設備實(shí)現更強的運動(dòng)跟蹤功能，為用戶(hù)提供更好的如臨其境的現場(chǎng)感。意法半導體是您首選的一站式MEMS元器件供應商，上文提到的全部元器件都在意法半導體的傳感器產(chǎn)品組合內。憑借在MEMS技術(shù)、ASIC設計和更智能的封裝技術(shù)上不斷取得進(jìn)步，結合最先進(jìn)的生產(chǎn)線(xiàn)和戰略合作伙伴關(guān)系，意法半導體正在推動(dòng)感應功能一體化時(shí)代，進(jìn)一步加強其MEMS傳感器在消費電子和手機市場(chǎng)的領(lǐng)導地位。

作者簡(jiǎn)介

Fabio Pasolini是意法半導體MEMS傳感器和高性能模擬產(chǎn)品部下的消費電子與工業(yè)應用事業(yè)組的總監。1994年畢業(yè)于意大利帕維亞大學(xué)工程系，1995起效力于意法半導體，為ST的MEMS產(chǎn)品部的發(fā)展做出了貢獻，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(kāi)發(fā)項目；他的研究項目主要集中于微機電系統，包括MEMS加速計和陀螺儀內置的讀出接口、智能傳感器模塊，以及基于運動(dòng)識別的完整應用的開(kāi)發(fā)和產(chǎn)業(yè)化項目。

在帶通sigma-delta轉換器穩定技術(shù)、數據處理和MEMS傳感器電子接口架構等領(lǐng)域，他曾獲得多項專(zhuān)利，發(fā)表多篇技術(shù)論文。