高靈敏度傳感器實(shí)現(xiàn)動(dòng)作識(shí)別，滿足消費(fèi)電子市場(chǎng)需求

飛思卡爾半導(dǎo)體在微機(jī)電系統(tǒng)(MEMS)傳感器設(shè)備設(shè)計(jì)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(jì)，滿足當(dāng)今智能移動(dòng)設(shè)備領(lǐng)域日益增長(zhǎng)的移動(dòng)感應(yīng)需求。從MP3播放器到PDA，再到超小的筆記本電腦，如今的消費(fèi)者正在越來(lái)越多地通過(guò)其使用的便攜式電子設(shè)備的種類以及對(duì)這些設(shè)備的定制方式來(lái)彰顯自己的個(gè)性。便攜式設(shè)備的設(shè)計(jì)人員也在不斷尋找新途徑，以便在不增加設(shè)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(shè)計(jì)人員還結(jié)合旨在保護(hù)易碎的電子組件安全的移動(dòng)感應(yīng)技術(shù)，試圖生產(chǎn)出更加穩(wěn)定可靠的便攜式設(shè)備。對(duì)于那些需要在小型封裝中獲得快速響應(yīng)速度、低電流消耗、低電壓的運(yùn)行和休眠模式的用戶來(lái)說(shuō)，飛思卡爾的MMA7360L、 MMA7340L和 MMA7330L三軸加速計(jì)是理想的移動(dòng)感應(yīng)解決方案。

雖然MEMS傳統(tǒng)上與汽車應(yīng)用相關(guān)，但是隨著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(tǒng)也開(kāi)始在消費(fèi)市場(chǎng)中占據(jù)一席之地。人們對(duì)移動(dòng)便攜產(chǎn)品的需要，以及越來(lái)越多的制造商對(duì)MEMS傳感器提供強(qiáng)大功能和性能認(rèn)可，使MEMS傳感器正在廣泛集成到日益多樣化的系列應(yīng)用中。根據(jù)Bourne Research的研究成果，預(yù)計(jì)消費(fèi)電子市場(chǎng)對(duì)MEMS傳感器的使用將從2005年的3.55億美元增長(zhǎng)到2010年的8億美元。

飛思卡爾的MEMS傳感器設(shè)備旨在實(shí)現(xiàn)1.5g/6g (對(duì)于MMA7360L)、3g/12g(對(duì)于MMA7340L)和4g/16g(對(duì)于MMA7330L)的可選敏感度。對(duì)檢測(cè)多個(gè)便攜式應(yīng)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(qiáng)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(nèi)，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(yīng)用。這些體積小小巧、性能穩(wěn)定的慣性傳感器的推出，使設(shè)計(jì)人員在開(kāi)發(fā)更為智能的移動(dòng)識(shí)別功能時(shí)擁有更大靈活性，并且滿足了下一代消費(fèi)類電子產(chǎn)品的功能和更小體積組件要求。

低重力三軸加速計(jì)應(yīng)用

對(duì)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)品的用戶界面。多軸敏感性的提高及全運(yùn)動(dòng)范圍特性使移動(dòng)和游戲用戶能對(duì)滾動(dòng)、飛行、駕駛及執(zhí)行其它快速響應(yīng)時(shí)的非常細(xì)微的移動(dòng)做出極其準(zhǔn)確的響應(yīng)。利用飛思卡爾MMA73x0L傳感器之類的支持技術(shù)，智能便攜式電子產(chǎn)品用戶能在其筆記本電腦、PDA和MP3播放器不慎掉到地上時(shí)，更好地保護(hù)磁盤驅(qū)動(dòng)器。當(dāng)所有三個(gè)軸都處于零重力狀態(tài)時(shí)，零重力檢測(cè)功能就提供一個(gè)邏輯中斷信號(hào)。三軸加速計(jì)的先進(jìn)移動(dòng)感應(yīng)功能可以檢測(cè)到設(shè)備的跌落時(shí)間，并采取相應(yīng)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(hù)筆記本電腦的防盜應(yīng)用支持技術(shù)，筆記本電腦安全系統(tǒng)內(nèi)的加速計(jì)可用于檢測(cè)異常移動(dòng)，并發(fā)出警報(bào)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(cè)實(shí)現(xiàn)自由下落保護(hù)；
* XYZ：一臺(tái)設(shè)備具有三軸敏感性；
* 客戶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(zhǎng)了電池使用壽命；
* 2.2V~3.6V的低運(yùn)行電壓；
* 自我檢測(cè)功能；
* 1 ms的快速供電響應(yīng)時(shí)間；
* 0.5 ms的支持響應(yīng)時(shí)間；
* 高敏感度和低噪音實(shí)現(xiàn)了更高的清晰度和更大的準(zhǔn)確率。

MEMS加速計(jì)實(shí)現(xiàn)動(dòng)作識(shí)別功能

加速計(jì)的動(dòng)作識(shí)別功能被廣泛應(yīng)用。我們?nèi)粘Ｉ钪械淖?、跑、跳、使用手機(jī)、音樂(lè)播放器或攝像機(jī)等許多動(dòng)作，都有其獨(dú)特的動(dòng)作模式。機(jī)器和設(shè)備(如工業(yè)電機(jī)、病人監(jiān)控器和大型設(shè)備)自身內(nèi)部也有獨(dú)特的動(dòng)作模式。使用加速計(jì)，我們可以檢測(cè)這些獨(dú)特的動(dòng)作信號(hào)，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(jī)制。加速計(jì)可以作為新的用戶接口，為我們提供自由的動(dòng)作。

MEMS的動(dòng)作識(shí)別原理

飛思卡爾提供的加速計(jì)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(jī)結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)。飛思卡爾在加速計(jì)產(chǎn)品中采用了這兩類結(jié)構(gòu)。Z軸技術(shù)可以視為一個(gè)活動(dòng)的電容，沿著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(duì)感應(yīng)單元橫梁包括兩個(gè)背對(duì)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(jì)能夠內(nèi)置到手機(jī)中，實(shí)現(xiàn)動(dòng)作識(shí)別

動(dòng)作識(shí)別設(shè)計(jì)

在設(shè)計(jì)識(shí)別系統(tǒng)時(shí)，有幾個(gè)必須考慮的問(wèn)題：首先，設(shè)計(jì)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(cè)量信號(hào)在某段時(shí)間內(nèi)位于一定數(shù)值范圍內(nèi)，就可以認(rèn)為檢測(cè)到了特定動(dòng)作。例如，當(dāng)每個(gè)軸有10個(gè)連續(xù)的測(cè)量值位于特定的數(shù)值范圍內(nèi)時(shí)，動(dòng)作識(shí)別系統(tǒng)檢測(cè)到的動(dòng)作就被視為有意動(dòng)作。這樣就可以檢測(cè)到控制機(jī)制的快速動(dòng)作，同時(shí)減少發(fā)生檢測(cè)錯(cuò)誤的可能性。其次，檢測(cè)到的動(dòng)作信號(hào)取決于設(shè)備安裝位置和動(dòng)作類型。安裝加速計(jì)的最佳位置應(yīng)當(dāng)是既能檢測(cè)到所需動(dòng)作，而錯(cuò)誤動(dòng)作或變化又比較少的位置。第三，必須了解將要檢測(cè)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(jì)，提供重力加速度選擇，幫助設(shè)計(jì)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(qū)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(shí)別系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。如圖2所示。

圖2  重力加速度選擇，使一種設(shè)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(shè)計(jì)

一些動(dòng)作檢測(cè)只是加速度在-1g到 +1g之間的傾斜測(cè)量。然而，有一些小的手部動(dòng)作，比如鼠標(biāo)移動(dòng)，至少需要2g的加速度。而更大的動(dòng)作，例如一個(gè)人在講話時(shí)揮動(dòng)手臂，可能需要3g或更高的加速度，當(dāng)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(dǎo)致加速度迅速變化，可能需要4g甚至更高的加速度。硬件應(yīng)該能夠適應(yīng)所有這些動(dòng)作的需求，能夠識(shí)別多種動(dòng)作的差別。憑借重力加速度選擇功能，加速計(jì)可以實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn)。

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