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感測器/MEMS  

全面掃描MEMS動作感測器

上網時間: 2014年04月08日     打印版  Bookmark and Share  字型大小:  

關鍵字:MEMS  陀螺儀  加速度計  磁力計  動作感測器 

作者:趙娟

微機電系統(MEMS)感測器技術成長性看俏,至今已廣泛地被應用於消費性電子產品,如智慧型手機、平板電腦和遊戲機的室內導航與手勢辨識等功能。其中,推動這一技術的最大功臣無疑是智慧型手機中的動作感測功能──MEMS動作感測器。這些動作感測控制器可將非電量(如速度、壓力)的變化轉變為電量變化,而不斷創新的技術進展並促進電子設備的動作感知能力越來越智慧化。

根據IHS iSuppli預測,2013年用於智慧型手機和平板電腦的MEMS動作感測器規模約15億美元,年成長率達13%;預計在未來幾年內,該領域將持續兩位數以上的成長速度,在2015年時達到超過22億美元的市場規模。

智慧型手機與平板電腦的MEMS動作感測器市場規模預期
智慧型手機與平板電腦的MEMS動作感測器市場規模預期
(來源:IHS iSuppli,2013)

目前常見的MEMS動作感測器包括陀螺儀加速度計和磁力計等,在動作追蹤與相對方位上,每一種感測器都有各自固有的強項和弱點,但透過融合的多軸感測器組合、整合壓力感測器/處理器/射頻(RF)單元等方式,測試精確度的發展正日新月異。

實現準確的感測器資料

儘管有些手勢感測控制技術已經成功地應用於一些智慧型行動裝置上,但使用者對於更直覺、更高精確度以及更有效率的人機介面的需求,正驅動著技術不停地往前進。因此,如何獲取準確的感測器資料以現高效率作業,一直是工程師在系統設計時所面臨的一大挑戰。

針對此挑戰,博世公司(Bosch Sensortec)指出,實現準確的感測器資料,必須注意不同階段的設備設計:“階段一是感測器硬體和軟體共同設計階段,在此階段我們定義了最佳化的初始參數,例如雜訊和補償;第二階段是系統軟體層次,提供最佳化的感測器資料融合庫(BSX);第三階段是支援客戶系統建置,例如針對磁力計整合等,必須能為客戶的PCB提供亥姆霍茲線圈(Helmholtz coil)測量。”要實現最佳化的感測器性能,感測器和軟體必須恰當匹配,同時,感測器供應商也必須能夠有效支援OEM端感測器硬體和軟體的建置。

博世公司第3代FusionLib感測器融合軟體(BSX)架構
博世公司第3代FusionLib感測器融合軟體(BSX)架構
(來源:博世公司)

針對工程師提出“感測器資料不準確”的疑惑,Kionix中國區總經理鄧川軍指出,感測器資料不準確這個說法不太正確,因為感測器會如實地匯報原始資料,“但如何準確地使用原始資料去聯繫所需的應用,這就需要採用高效的演算法。”

為此,Kionix已在矽谷建立一支專門的研發團隊,從事演算法和應用的開發,以便為客戶提供較好的使用者體驗,鄧川軍表示。例如,Kionix為加速度計提供的嵌入式演算法包括輕擊檢測、螢幕旋轉、手勢辨識以及活動監測等。”

應美盛公司(InvenSense)也是如此,不僅為旗下所有產品中提供“自我校正輸出”功能,以持續提供高性能檢測,同時也針對具體應用提供一些自動活動辨識(AAR)軟體庫,例如在其產品ICM-20655中的AAR就能為檢測步行、跑步、自行車、靜止和睡眠等不同狀態的腕帶或其他可穿戴式產品提供永不斷訊(Always-On)的檢測功能。

“感測器的資料準確度除了受制於元件本身之外,還涉及焊接和裝配後的校正,以及針對不同應用的合適選型和配套的演算法。”美商亞德諾公司(ADI)微機械產品線資深應用工程師趙延輝指出,該公司在提高產品本身精確度的同時,也會對客戶提供良好的技術支援,從而協助系統設計者獲得滿意的系統精度。

“我們提供給客戶的MEMS感測器硬體/軟體都是做好的產品,通過嚴格的出廠測試校準。”意法半導體(ST) MEMS和感測器市場經理許永剛指出,“我們甚至還提供了PCB設計指導。”

(下一頁繼續:演算法──多軸感測器融合關鍵)


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