MEMS陀螺儀將大顯神威

　　消費電子設備早在幾年前就開(kāi)始使用MEMS加速計。

　　從游戲機到手機，從筆記本電腦到白色家電，運動(dòng)控制式用戶(hù)界面和增強的保護系統給所有的消費電子產(chǎn)品帶來(lái)很多好處。

　　現在輪到MEMS陀螺儀大顯神威了，消費電子集成MEMS陀螺儀的浪潮剛剛掀起。

　　陀螺儀能夠測量沿一個(gè)軸或幾個(gè)軸運動(dòng)的角速度，而MEMS加速計則能測量線(xiàn)性加速度，因此這兩者是一對理想的互補技術(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EMES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研制的微機械陀螺儀傳感器沿用了ST成功的制造技術(shù)，ST利用這項技術(shù)已經(jīng)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。

　　ST陀螺儀的核心元件是一個(gè)微加工機械單元，按照一個(gè)音叉機制運轉，利用Coriolis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)單軸偏航陀螺儀為例，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 )產(chǎn)生一個(gè)與質(zhì)點(diǎn)運動(dòng)方向垂直的科里奧利力，如圖中黃色箭頭所示。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。

　　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，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。

　　在系統方面，陀螺儀的信號調節電路可簡(jiǎn)化為電機驅動(dòng)部分和加速傳感器感應電路兩部分(圖2):

　　- 電機驅動(dòng)部分通過(guò)靜電激勵方法，使驅動(dòng)電路前后振蕩，為機械元件提供勵磁;

　　- 感應部分通過(guò)測量電容變化來(lái)測量科里奧利力在感應質(zhì)點(diǎn)上產(chǎn)生的位移，這是一個(gè)穩健、可靠的技術(shù)，被成功地用于ST的MEMS產(chǎn)品線(xiàn)，能夠提供強度與施加在傳感器上的角速率成正比的模擬或數字信號。