MEMS陀螺儀和地磁感應計進入消費電子

　　不僅有運動傳感器，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軸向的地球磁場強度，讓便攜設(shè)備實現(xiàn)更強的羅盤和導航功能。

　　類似于運動傳感器，消費電子產(chǎn)品和手機也是增長最快的磁感應計市場，2009年磁感應計市場增幅逾100%。據(jù)iSuppli最新的市場研究報告，這個市場增長非?？欤鲐浟款A計從2008年的800萬件，增長到2013年5.40億，年復合增長率（CAGR）達到129%。

　　在現(xiàn)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(shè)備至關(guān)重要。磁感應計的工作原理是通過測量電阻變化來確定磁場強度。當在一個很薄的鐵條上施加磁力線方向與經(jīng)過鐵條的電流方向垂直的磁場時，鐵條內(nèi)的電阻就會發(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(gòu)成。在測量過程中，電橋被通電壓Vb，有電流通過電阻。只要施加磁場H，在四個相反放置的電阻器內(nèi)，有兩個電阻的磁化矢量轉(zhuǎn)向電流，使電阻值變大，而另兩個電阻的磁化矢量背離電流，使電阻值變小。在線性范圍內(nèi)，傳感器輸出與所施加的磁場強度成正比。

圖 4:磁阻傳感器：簡圖

　　隨著手機成為傳感器最熱的應用領(lǐng)域，當配合加速計實現(xiàn)傾斜補償羅盤應用時，磁感應計越來越被市場看好。例如，意法半導體的6D模塊LSM303DLH就是一個有6個自由度(6 DOF) 的磁感應計。 這款產(chǎn)品在一個超小的LGA封裝內(nèi)集成一個高性能的3軸加速計與一個高分辨率的3軸磁感應計 （圖5）。磁感應計單元包括附加的電流帶，可以通過電方式給輸出磁極“置位”或“復位”，并施加一個偏移磁場來修正環(huán)境磁場。

圖 5:LSM303DLH 3x 在一個超小的LGA封裝內(nèi)整合一個3軸加速計和一個3軸磁感應計

　　在建筑物和汽車內(nèi)，在高緯度地區(qū)，如北美和北歐，很難用霍爾型磁感應計檢測地球磁場傾角，而LSM303DLH能夠提供準確的3D的行進方向。配合支持各種主流的手機操作系統(tǒng)的行進、自動校準和軟/硬鐵補償驅(qū)動程序，LMS303DLH六維磁感應計為系統(tǒng)設(shè)計人員實現(xiàn)導航功能提供一個強大的工具。

　　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優(yōu)點，可在在導航解決方案的核心部分實現(xiàn)一個所謂的慣性測量單元（IMU）。換句話說，平臺開發(fā)商可利用最新的MEMS技術(shù)，將慣性傳感器與較傳統(tǒng)的GPS系統(tǒng)配合使用，能夠在衛(wèi)星信號很弱的高樓林立的市區(qū)或根本沒有信號的室內(nèi)或地鐵環(huán)境中提供導航服務。在不久的將來，準確的方位信息與服務廠商提供的附加中間數(shù)據(jù)將會整合在一起，并顯示在用戶的手機顯示屏幕上，這種定位關(guān)聯(lián)服務將會為手機用戶帶來好處，例如，手機用戶可以獲得位于某一個購物中心內(nèi)的所有商鋪的準確信息，找到想要購買的產(chǎn)品的方位提示，接收根據(jù)用戶興趣訂制的商品特 價和打折信息。

　　這樣的應用現(xiàn)已出現(xiàn)在市場上，例如，在荷蘭，Android手機用戶可以安裝新增的移動現(xiàn)實空間瀏覽器Layar。

　　在大多情況下，新出現(xiàn)的開放軟件平臺的開發(fā)項目更易遭遇到先進的感應功能，所以新的軟件平臺鼓勵全社區(qū)的開發(fā)人員團結(jié)協(xié)作，開發(fā)符合自己需求的應用軟件，同時給電子設(shè)備增加價值。

　　整合MEMS加速計、陀螺儀和地磁感應計的模塊正在進入廉價的電子玩具市場，傳感器模塊提供的動作捕捉功能可實現(xiàn)互動的游戲體驗，還能讓更小的兒童上網(wǎng)分享快樂：孩子們很快就能夠創(chuàng)造自己的虛擬娃娃和人物，用人類自然的動作玩這些玩具，不再使用按鈕或鍵盤一類的東西，甚至可以在網(wǎng)上與全球的小朋友一起分享游戲。

　　結(jié)論：我們最近推出的微型、可靠、低價的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(shè)備實現(xiàn)更強的運動跟蹤功能，為用戶提供更好的如臨其境的現(xiàn)場感。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(nèi)。憑借在MEMS技術(shù)、ASIC設(shè)計和更智能的封裝技術(shù)上不斷取得進步，結(jié)合最先進的生產(chǎn)線和戰(zhàn)略合作伙伴關(guān)系，意法半導體正在推動感應功能一體化時代，進一步加強其MEMS傳感器在消費電子和手機市場的領(lǐng)導地位。

作者簡介

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(jiān)。1994年畢業(yè)于意大利帕維亞大學工程系，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成為這個領(lǐng)域的領(lǐng)先企業(yè)。

Fabio曾積極參與過多種集成電路的開發(fā)項目；他的研究項目主要集中于微機電系統(tǒng)，包括MEMS加速計和陀螺儀內(nèi)置的讀出接口、智能傳感器模塊，以及基于運動識別的完整應用的開發(fā)和產(chǎn)業(yè)化項目。

在帶通sigma-delta轉(zhuǎn)換器穩(wěn)定技術(shù)、數(shù)據(jù)處理和MEMS傳感器電子接口架構(gòu)等領(lǐng)域，他曾獲得多項專利，發(fā)表多篇技術(shù)論文。