作者：孫昌旭

你有想過(guò)將來(lái)直接用手機(jī)測(cè)身高嗎？新一代基于MEMS的高精度壓力傳感器就可實(shí)現(xiàn)。如今基于MEMS的加速傳感器、陀螺儀、指南針、壓力傳感器、麥克風(fēng)正在成為Android新版本中的指定標(biāo)配，在主平臺(tái)差異化越來(lái)越小的同時(shí)，外圍器件的差異化成為手機(jī)或其它消費(fèi)電子產(chǎn)品的新武器，而這些新興的傳感器各有什么應(yīng)用定位？將來(lái)如何發(fā)展？來(lái)自MEMS領(lǐng)先廠商意法半導(dǎo)體的專家張應(yīng)娜女士在IIC上作了詳細(xì)講解，現(xiàn)摘其精華與大家分享。

加速傳感器是最早規(guī)模商用在PC硬盤(pán)、手機(jī)、游戲操作手柄等電子產(chǎn)品中的MEMS器件，其結(jié)構(gòu)在以上幾類傳感器中屬于較簡(jiǎn)單的一種，如今主流供應(yīng)商已超過(guò)十幾家，也使此類傳感器的價(jià)格迅速下降，已成為手機(jī)中的標(biāo)配。現(xiàn)在大家要做的就是實(shí)現(xiàn)更小的尺寸與更低的功耗。三軸加速傳感器因?yàn)榧啥雀撸嫒齻€(gè)單軸加速器，已成為主流技術(shù)。功耗上則是各家競(jìng)爭(zhēng)的焦點(diǎn)。此次ST在IIC上展示的最新款3軸加速器LIS3DH，據(jù)張應(yīng)娜稱功耗僅是競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手的1%，同時(shí)還集成了3個(gè)10位的ADC，相當(dāng)具有競(jìng)爭(zhēng)力。

由于iPhone4的驅(qū)動(dòng)，2010年可以說(shuō)是陀螺儀的元年，陀螺儀在手機(jī)中迅速被采用?！巴勇輧x的結(jié)構(gòu)比加速傳感器復(fù)雜很多，它有一顆心臟，還是一顆活動(dòng)的心臟，所以不僅復(fù)雜，功耗也比加速器大一些?！睆垜?yīng)娜解釋。陀螺儀的應(yīng)用包括提升各種“Motion Control”界面的用戶體驗(yàn)、圖形穩(wěn)定、游戲和導(dǎo)航等，成為提升高端手機(jī)體驗(yàn)的重要配置。最新的趨勢(shì)是三軸單Die的陀螺儀，并采用模擬和數(shù)字混合輸出，ST最新的L3G4200D就是一款這樣產(chǎn)品?！八募夹g(shù)難度在于大規(guī)模生產(chǎn)的良率較低，同時(shí)一致性與精度也是一個(gè)挑戰(zhàn)?！睆垜?yīng)娜表示。L3G4200D已在去年大規(guī)模量產(chǎn)，今年新增加的H版還會(huì)加入FIFO功能，可以進(jìn)一步降低系統(tǒng)的功耗。L3G4200D的封裝尺寸僅為4X4X1，可實(shí)現(xiàn)三種量程，工作時(shí)的功耗僅為6mA。

至于最新的指南針(也叫電子羅盤(pán)儀)，用過(guò)iPhone4的用戶都有劃“8”字校準(zhǔn)的經(jīng)歷，蘋(píng)果將指南針的應(yīng)用引入主流，而Android 2.2中也已規(guī)定指南針作為手機(jī)的標(biāo)配了。指南針可以為電子產(chǎn)品增加很多新的賣(mài)點(diǎn)和新業(yè)務(wù)，比如地圖指導(dǎo)、基于方向的服務(wù)、無(wú)需運(yùn)動(dòng)的指向、增強(qiáng)型遙控等?！安贿^(guò)，指南針要與加速傳感器聯(lián)合起來(lái)應(yīng)用才會(huì)達(dá)到最佳效果。”張應(yīng)娜解釋，所以ST將指南針與12位的加速器(由霍利威爾公司提供)集成在一個(gè)模塊中，直接向用戶提供LSM303DLH模塊。

ST的這款混合方案保證了三個(gè)軸的完美重合，這是分離方案很難實(shí)現(xiàn)的。張應(yīng)娜解釋：“為什么蘋(píng)果的iphone中需要?jiǎng)?字來(lái)調(diào)校？因?yàn)槊看伍_(kāi)機(jī)時(shí)磁場(chǎng)環(huán)境都發(fā)生了變化，而ST的這款混合電子羅盤(pán)儀+加速器，通過(guò)加入校準(zhǔn)與再校準(zhǔn)功能、高精度設(shè)計(jì)和新的算法，可以根據(jù)環(huán)境變自己校準(zhǔn)，免去用戶劃8字的麻煩。并且劃8字還是有一定技竅的，不是每個(gè)消費(fèi)都可以劃正確的8字。”期待ST這款不需要用戶自己調(diào)校的羅盤(pán)儀。

基于指南針的最新應(yīng)用

最后談?wù)勎恼麻_(kāi)頭部分提到的MEMS壓力傳感器。“Android2.3中已將壓力傳感器作為標(biāo)配，這將會(huì)大大刺激壓力傳感器在手機(jī)中的采用?！睆垜?yīng)娜說(shuō)道。相對(duì)于傳統(tǒng)的壓力傳感器，MEMS壓力傳感器可以做到更小、更薄、更高精度、數(shù)字輸出，從而有機(jī)會(huì)做入手機(jī)等移動(dòng)消費(fèi)電子產(chǎn)品。“將來(lái)高精度的MEMS壓力傳感器做入手機(jī)后，用戶甚至可以用手機(jī)來(lái)測(cè)量身高?！睆垜?yīng)娜稱，不過(guò)目前能商用的壓力傳感器還沒(méi)有這么高的精度，ST最新的LPS001WP制成的高度計(jì)，可測(cè)量的精度為0.1mbar，測(cè)量范圍300-1,100mbar，可用來(lái)測(cè)試樓層高度，但還不能測(cè)量身高?！昂芸旄呔取⒖杉蛇M(jìn)手機(jī)，測(cè)試身高的產(chǎn)品就會(huì)問(wèn)世了?！彼嘎?。LPS001WP具有低功耗優(yōu)勢(shì)，連續(xù)工作模式下電流為190μA；低耗電模式下電流為120μA，關(guān)機(jī)模式下電流為5μA。

此外，MEMS麥克風(fēng)正在手機(jī)等消費(fèi)電子中取代ECM麥克風(fēng)，因?yàn)榍罢呖梢詫?shí)現(xiàn)回流焊工藝，可使PCB做得非常薄(1mm)。

以上這些所有MEMS傳感器件正在越來(lái)越多的被用于各種便攜消費(fèi)電子中，而這些傳感器并不是單獨(dú)使用，而是多個(gè)整合起來(lái)實(shí)現(xiàn)更豐富的功能和更好的體驗(yàn)，集成多種傳感器的模塊也是未來(lái)的一種趨勢(shì)。“各種MEMS傳感器在手機(jī)中的應(yīng)用迅速增加，他們之間的配合則可以實(shí)現(xiàn)完美的應(yīng)用?！睆垜?yīng)娜說(shuō)道，“比如指南針對(duì)陀螺儀校準(zhǔn)，而陀螺儀又離不開(kāi)加速器。所以，這些產(chǎn)品的兩兩、甚至三三集成是未來(lái)的趨勢(shì)。”