高靈敏度傳感器實(shí)現動(dòng)作識別，滿(mǎn)足消費電子市場(chǎng)需求

飛思卡爾半導體在微機電系統(MEMS)傳感器設備設計制造領(lǐng)域具有全球領(lǐng)先的地位，通過(guò)推出高靈敏度的XYZ三軸加速計，滿(mǎn)足當今智能移動(dòng)設備領(lǐng)域日益增長(cháng)的移動(dòng)感應需求。從MP3播放器到PDA，再到超小的筆記本電腦，如今的消費者正在越來(lái)越多地通過(guò)其使用的便攜式電子設備的種類(lèi)以及對這些設備的定制方式來(lái)彰顯自己的個(gè)性。便攜式設備的設計人員也在不斷尋找新途徑，以便在不增加設備尺寸的情況下，讓產(chǎn)品具有更大的顯示屏和更多的新功能。設計人員還結合旨在保護易碎的電子組件安全的移動(dòng)感應技術(shù)，試圖生產(chǎn)出更加穩定可靠的便攜式設備。對于那些需要在小型封裝中獲得快速響應速度、低電流消耗、低電壓的運行和休眠模式的用戶(hù)來(lái)說(shuō)，飛思卡爾的MMA7360L、 MMA7340L和 MMA7330L三軸加速計是理想的移動(dòng)感應解決方案。

雖然MEMS傳統上與汽車(chē)應用相關(guān)，但是隨著(zhù)微型傳感器變得敏感度越來(lái)越高并且價(jià)格便宜，該系統也開(kāi)始在消費市場(chǎng)中占據一席之地。人們對移動(dòng)便攜產(chǎn)品的需要，以及越來(lái)越多的制造商對MEMS傳感器提供強大功能和性能認可，使MEMS傳感器正在廣泛集成到日益多樣化的系列應用中。根據Bourne Research的研究成果，預計消費電子市場(chǎng)對MEMS傳感器的使用將從2005年的3.55億美元增長(cháng)到2010年的8億美元。

飛思卡爾的MEMS傳感器設備旨在實(shí)現1.5g/6g (對于MMA7360L)、3g/12g(對于MMA7340L)和4g/16g(對于MMA7330L)的可選敏感度。對檢測多個(gè)便攜式應用的降落、傾斜、移動(dòng)、放置、震動(dòng)和搖擺來(lái)說(shuō)，選擇不同強度的多軸敏感度功能至關(guān)重要。MMA73x0L模擬輸出傳感器安裝在體積只有3x5x1毫米的基板柵格陣列(LGA)封裝內，比方形扁平無(wú)引腳(QFN)封裝的體積小71%，非常適合占地空間小的便攜式應用。這些體積小小巧、性能穩定的慣性傳感器的推出，使設計人員在開(kāi)發(fā)更為智能的移動(dòng)識別功能時(shí)擁有更大靈活性，并且滿(mǎn)足了下一代消費類(lèi)電子產(chǎn)品的功能和更小體積組件要求。

低重力三軸加速計應用

對移動(dòng)和傾斜的微小變化的敏感性使MMA73x0L傳感器非常適合用作移動(dòng)和3D游戲產(chǎn)品的用戶(hù)界面。多軸敏感性的提高及全運動(dòng)范圍特性使移動(dòng)和游戲用戶(hù)能對滾動(dòng)、飛行、駕駛及執行其它快速響應時(shí)的非常細微的移動(dòng)做出極其準確的響應。利用飛思卡爾MMA73x0L傳感器之類(lèi)的支持技術(shù)，智能便攜式電子產(chǎn)品用戶(hù)能在其筆記本電腦、PDA和MP3播放器不慎掉到地上時(shí)，更好地保護磁盤(pán)驅動(dòng)器。當所有三個(gè)軸都處于零重力狀態(tài)時(shí)，零重力檢測功能就提供一個(gè)邏輯中斷信號。三軸加速計的先進(jìn)移動(dòng)感應功能可以檢測到設備的跌落時(shí)間，并采取相應措施，防止敏感電子組件遭到損壞。
MMA73x0L傳感器還能提供旨在保護筆記本電腦的防盜應用支持技術(shù)，筆記本電腦安全系統內的加速計可用于檢測異常移動(dòng)，并發(fā)出警報聲。
　　　
MMA7360L、MMA7340L 和 MMA7330L 的功能

* 小尺寸基板柵格陣列(LGA)，3x5x1毫米封裝；
* 零重力檢測實(shí)現自由下落保護；
* XYZ：一臺設備具有三軸敏感性；
* 客戶(hù)可以選擇的重力范圍：MMA7360L—1.5g/6g，MMA7340L—3g/12g，MMA7330L—4g/16g；
* 400 微安的低電流消耗；
* 3 微安的休眠模式，延長(cháng)了電池使用壽命；
* 2.2V~3.6V的低運行電壓；
* 自我檢測功能；
* 1 ms的快速供電響應時(shí)間；
* 0.5 ms的支持響應時(shí)間；
* 高敏感度和低噪音實(shí)現了更高的清晰度和更大的準確率。

MEMS加速計實(shí)現動(dòng)作識別功能

加速計的動(dòng)作識別功能被廣泛應用。我們日常生活中的走、跑、跳、使用手機、音樂(lè )播放器或攝像機等許多動(dòng)作，都有其獨特的動(dòng)作模式。機器和設備(如工業(yè)電機、病人監控器和大型設備)自身內部也有獨特的動(dòng)作模式。使用加速計，我們可以檢測這些獨特的動(dòng)作信號，而不再限于使用杠桿、按鈕、開(kāi)關(guān)、操縱桿，以及其他需要特定動(dòng)作的手動(dòng)控制機制。加速計可以作為新的用戶(hù)接口，為我們提供自由的動(dòng)作。

MEMS的動(dòng)作識別原理

飛思卡爾提供的加速計是電容性傳感器，采用了MEMS(Micro-Electro-Mechanical Systems)技術(shù)。MEMS由微型的電機結構組成，采用“微加工”工藝制造，例如體微加工，有選擇地蝕刻硅晶圓的幾個(gè)部分。另外也可能采用表面微加工，在硅晶圓表面建立薄膜結構。飛思卡爾在加速計產(chǎn)品中采用了這兩類(lèi)結構。Z軸技術(shù)可以視為一個(gè)活動(dòng)的電容，沿著(zhù)它接收加速度的方向移動(dòng)。X軸向技術(shù)包括一個(gè)可移動(dòng)物體和雙重固定橫梁。每對感應單元橫梁包括兩個(gè)背對背的電容器。由于有了加速度，中間物體就會(huì )移動(dòng)，改變橫梁之間的距離，進(jìn)而改變它們之間的電容。

圖1 加速計能夠內置到手機中，實(shí)現動(dòng)作識別

動(dòng)作識別設計

在設計識別系統時(shí)，有幾個(gè)必須考慮的問(wèn)題：首先，設計必須降低將無(wú)意動(dòng)作誤解為有意動(dòng)作的可能性。如果確定X、Y、Z軸向的測量信號在某段時(shí)間內位于一定數值范圍內，就可以認為檢測到了特定動(dòng)作。例如，當每個(gè)軸有10個(gè)連續的測量值位于特定的數值范圍內時(shí)，動(dòng)作識別系統檢測到的動(dòng)作就被視為有意動(dòng)作。這樣就可以檢測到控制機制的快速動(dòng)作，同時(shí)減少發(fā)生檢測錯誤的可能性。其次，檢測到的動(dòng)作信號取決于設備安裝位置和動(dòng)作類(lèi)型。安裝加速計的最佳位置應當是既能檢測到所需動(dòng)作，而錯誤動(dòng)作或變化又比較少的位置。第三，必須了解將要檢測的每個(gè)動(dòng)作的加速度范圍。飛思卡爾的新型低重力加速度加速計，提供重力加速度選擇，幫助設計人員更加簡(jiǎn)單地選擇加速度范圍。重力加速度選擇是一種傳感靈敏度選擇，兩個(gè)邏輯輸入可由微控制器驅動(dòng)，以動(dòng)態(tài)地改變傳感靈敏度和重力加速度范圍。重力加速度選擇提供了不同動(dòng)作所需的靈敏度范圍，從而簡(jiǎn)化動(dòng)作識別系統的設計。如圖2所示。

圖2  重力加速度選擇，使一種設備能為很多不同動(dòng)作提供4種不同傳感靈敏度，從而簡(jiǎn)化設計

一些動(dòng)作檢測只是加速度在-1g到 +1g之間的傾斜測量。然而，有一些小的手部動(dòng)作，比如鼠標移動(dòng)，至少需要2g的加速度。而更大的動(dòng)作，例如一個(gè)人在講話(huà)時(shí)揮動(dòng)手臂，可能需要3g或更高的加速度，當人作出任何一個(gè)突發(fā)動(dòng)作時(shí)，比如晃動(dòng)拳頭，會(huì )導致加速度迅速變化，可能需要4g甚至更高的加速度。硬件應該能夠適應所有這些動(dòng)作的需求，能夠識別多種動(dòng)作的差別。憑借重力加速度選擇功能，加速計可以實(shí)現這一點(diǎn)。

加速計實(shí)現了動(dòng)作識別功能。這將為現有應用提供新功能，或增強它們的現有功能。加速計具備了測量?jì)A斜、動(dòng)作、位置 、搖晃、震動(dòng)和自由下落的功能，可以識別各種動(dòng)作。對于設計人員而言，他們可以設計出定制的軟件解決方案，讓用戶(hù)靈活地使用動(dòng)作進(jìn)行控制，而無(wú)需重新配置硬件功能。對于用戶(hù)來(lái)說(shuō)，動(dòng)作識別功能將提供更加易用、互動(dòng)功能更強、可靠性更高的消費產(chǎn)品。通過(guò)使用加速計，讓動(dòng)作成為一個(gè)新的用戶(hù)接口，我們就不再局限于使用機械控制方式。