用智慧改變生活--趙陽和他的加速度傳感器的故事
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但實際上我們的對話更像是聊天。趙陽博士很健談。這位就在中關(guān)村長大的地道北京人，有著北京人典型的特點：熱情、幽默、自信和一點點傲氣。
從智慧靈光閃現(xiàn)到革命性產(chǎn)品的誕生
趙陽在讀本科時的專業(yè)是量子光電器件，在美國普林斯頓大學他相繼獲得了物理學和電子工程學兩個碩士學位以及電子工程學博士學位，讀博士時師從于獲得1998年諾貝爾物理學獎的Daniel Tsui教授。正所謂名師出高徒，若不具備充分的天資和勤奮的努力，怎么會獲得名師的指導。這都為趙陽以后的技術(shù)創(chuàng)新埋下堅實的伏筆。
博士畢業(yè)后，趙陽加入美國模擬器件(ADI)公司，成為ADI MEMS產(chǎn)品部門主要研發(fā)人員之一。當時ADI的MEMS加速度傳感器研發(fā)方向分為兩個小組，一組的研發(fā)方向仍然是基于傳統(tǒng)的加速度傳感器架構(gòu)，就是內(nèi)部為機械結(jié)構(gòu)的架構(gòu)。傳統(tǒng)的機械結(jié)構(gòu)存在很多缺點，比如抗震性能差，容易損壞，結(jié)構(gòu)復雜，成本高。另一組由趙陽負責，當時他一直在苦苦思索，能不能避開機械結(jié)構(gòu)這個瓶頸，尋找到一條捷徑呢？在不斷的思索與實踐中，時間過去了7年。7年后，兩個小組都宣布研發(fā)成功。而趙陽終于找到了一條他所期待的捷徑，他將熱氣團取代傳統(tǒng)加速度傳感器中的機械結(jié)構(gòu)，這是一個革命性的創(chuàng)新，它完全顛覆了傳統(tǒng)的架構(gòu)，在性能和穩(wěn)定性上實現(xiàn)了很好的效果，而且成本又很低。趙陽說“它就好像德州儀器公司(TI)的DLP技術(shù)，是一種完全不同于傳統(tǒng)架構(gòu)的技術(shù)?！笔堑?，TI的DLP技術(shù)被業(yè)界視為TI一個標志性的獨創(chuàng)技術(shù)，它的研發(fā)歷經(jīng)十余載，直到前幾年隨著數(shù)字電視產(chǎn)業(yè)的興起才真正找到了用武之地，而趙陽的加速度傳感器技術(shù)從靈感的閃現(xiàn)到成功的產(chǎn)品，也歷經(jīng)了7年的艱苦歷程。這不僅僅需要超人的智慧，更需要超人的毅力和執(zhí)著的熱情。
技術(shù)成熟的加速度傳感器分為三種：壓電式、容感式、熱感式。壓電式加速度傳感器運用的是壓電效應(yīng)，在其內(nèi)部有一個剛體支撐的質(zhì)量塊，有運動的情況下質(zhì)量塊會產(chǎn)生壓力，剛體產(chǎn)生應(yīng)變，把加速度轉(zhuǎn)變成電信號輸出。容感式加速度傳感器內(nèi)部也存在一個質(zhì)量塊，從單個單元來看，它是標準的平板電容器，加速度的變化帶動活動質(zhì)量塊的移動從而改變平板電容兩極的間距和正對面積，通過測量電容變化量來計算加速度。而熱感式加速度傳感器內(nèi)部沒有任何質(zhì)量塊，它的中央有一個加熱體，周邊是溫度傳感器，里面是密閉的氣腔，工作時在加熱體的作用下，氣體在內(nèi)部形成一個熱氣團，熱氣團的比重和周圍的冷氣是有差異的，通過慣性熱氣團的移動形成的熱場變化讓感應(yīng)器感應(yīng)到加速度值。由于壓電式加速度傳感器內(nèi)部有剛體支撐的存在，通常情況下，壓電式加速度傳感器只能感應(yīng)到“動”加速度，而不能感應(yīng)到“靜態(tài)”加速度，也就是我們所說的重力加速度。而容感式和熱感式既能感應(yīng)“動”加速度，又能感應(yīng)“靜態(tài)”加速度。
由于沒有任何移動部件，而且采用了微機械加工技術(shù)，熱感式加速度傳感器的研發(fā)過程中解決了很多加工上的難題。目前已經(jīng)實現(xiàn)生產(chǎn)成本低，抗沖擊能力強，而且可靠性好，失效率低于10ppm。
1999年，經(jīng)過ADI的技術(shù)授權(quán)，趙陽成立了美新公司，開始專心做自己的事業(yè)，把自己的技術(shù)推向市場。
在消費類領(lǐng)域自由馳騁
在見到趙陽博士以前，我對加速度傳感器的關(guān)注度遠沒有DSP、FPGA那么高。這小小的傳感器似乎處在半導體主流技術(shù)之外。但傳感器技術(shù)的創(chuàng)新和新應(yīng)用的產(chǎn)生融合在一起，創(chuàng)造出來的奇跡簡直令人驚嘆。
加速度傳感器在很多跟“運動”、“傾角”有關(guān)的應(yīng)用里都有出色表現(xiàn)。比如投影機，它需要平穩(wěn)地投射影像，一旦有所傾斜，內(nèi)部的加速度傳感器會迅速感知傾角的變化并迅速調(diào)整投影機的投射角度以保持投射影像的平正。
已經(jīng)成為驅(qū)動整個半導體行業(yè)主要動力的便攜式消費類電子產(chǎn)品也是加速度傳感器施展才華的舞臺。美新的加速度傳感器在很多方面都具有便攜式產(chǎn)品需要的性能。體積小，現(xiàn)在美新批量生產(chǎn)的產(chǎn)品高度僅0.9mm，今后還會更??；抗沖擊能力強，達到 50,000g；低功耗，工作電流在2mA以下；和主芯片接口具備標準的數(shù)字接口模式；性價比高，美新新一代的芯片經(jīng)過進一步精簡結(jié)構(gòu)和軟硬件集成，并加入DSP功能，價格將突破目前的價格瓶頸，而智能化大大提升。
此外，美新還是第一個把MEMS加速度傳感器和混合信號處理電路集成在一個標準CMOS工藝集成電路上的公司，這為造就低價格，高性能和多功能的產(chǎn)品奠定了堅實的基礎(chǔ)。此外，這種技術(shù)可以很容易地組合和擴展新的功能、創(chuàng)造新的傳感器，甚至把使用的標準COMOS集成電路工藝擴展到加速度傳感器之外的其它MEMS應(yīng)用中。
許多令人驚嘆的功能由于先進的加速度傳感器技術(shù)而得以在便攜式產(chǎn)品上實現(xiàn)。比如手機和MP4里圖像的移動瀏覽和菜單的選擇。隨著手機中數(shù)字相機像素的增加，手機里圖像的分辨率越來越大，而屏幕卻是有限的。采用加速度傳感器，通過上下左右移動手機，可以讓圖像隨著動作移動，清楚、輕松地看到圖像的每一部分細節(jié)。
又比如便攜設(shè)備的GPS 系統(tǒng)在進入地下隧道時，信號會丟失，利用加速度傳感器通過對加速度進行粗略地計算，信號恢復時及時修正GPS上的數(shù)據(jù)，從而提高GPS的精度。
加速度傳感器還可以在使用數(shù)碼相機拍照時防手抖，通過加速度傳感器檢測手抖動的頻率和幅度，如果幅度過大可以鎖定快門，阻止拍照。幅度較小或穩(wěn)定時，自動啟動快門，以保證拍出清晰的照片。
現(xiàn)在便攜式產(chǎn)品里許多產(chǎn)品使用微硬盤作數(shù)據(jù)存儲，在數(shù)據(jù)讀寫的時候，硬盤抗沖擊能力很弱，而硬盤在磁頭復位的情況下抗沖擊能力比讀寫的時候要高100倍以上。系統(tǒng)里加上加速度傳感器，當傳感器檢測到外部有大的沖擊或是失重時，讓磁頭復位。
更有趣的是空中寫字識別功能。用帶有加速度傳感器的手機在空中比劃可以直接輸入文字。在播放音樂的時候我們自己打節(jié)拍的動作可以通過傳感器的感應(yīng)來改變音樂的節(jié)奏，讓音樂隨著我們的節(jié)拍而播放。
還有許多非常有趣的應(yīng)用不勝枚舉。我覺得小小的加速度傳感器簡直是在改變我們的生活方式！
創(chuàng)新：永不停歇的腳步
在加速度傳感器這一領(lǐng)域，除了美新公司，市場上主要的廠商有ADI、ST和Freescale等。這幾家廠商所采用的架構(gòu)都是基于傳統(tǒng)的機械架構(gòu)。而基于獨有的熱感式加速度傳感器的美新公司，因其具有的獨特優(yōu)勢，在市場的推廣速度相當快。在2003年時，美新在日本的投影機市場已經(jīng)取得了主導的地位?，F(xiàn)在，美新把市場重點放在亞洲和中國的消費類產(chǎn)品。趙陽認為，2006至2007年，消費類電子市場將有很大增長，全球加速度傳感器出貨量將有幾千萬片。
作為一個成長中的公司，美新除了擁有獨創(chuàng)的核心技術(shù)，還擁有業(yè)內(nèi)具有十幾年經(jīng)驗的出色研發(fā)人才。趙陽對于美新公司和業(yè)界那些老字號廠商的競爭非常有信心。但他也表示，創(chuàng)新的腳步是不能停滯不前的，他們現(xiàn)在已經(jīng)開始了下一輪創(chuàng)新產(chǎn)品的研發(fā)計劃，而這個新產(chǎn)品是與目前的熱感式加速度傳感器完全不同的另一類傳感器產(chǎn)品。我期待著趙陽和他創(chuàng)新的加速度傳感器技術(shù)給我們帶來的下一輪更精彩的生活體驗。
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