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MEMS傳感器掀起消費電子體驗變革

http://casecurityhq.com 2011-08-03 15:10 來源:電子工程專輯

   急遽下滑的價格、大幅改善以簡化設(shè)計的軟件工具等因素,可望成為推動慣性傳感器(inertial sensor)新一代應(yīng)用,為移動消費性裝置帶來差異化的動力。雖然首度內(nèi)置微機電系統(tǒng)(MEMS)加速度計的iPhone以及Wii游戲機,藉由引進手勢識別掀起了用戶介面革 命,產(chǎn)品設(shè)計者還是花費好一番工夫,才厘清該如何充分發(fā)揮慣性傳感器的性能。

  現(xiàn)在,拜價格下滑以及相關(guān)設(shè)計知識基礎(chǔ)與環(huán)境走向成熟、傳感器設(shè)計更簡便之賜,慣性傳感器正準備進軍更廣泛的手勢識別與精準定位 (location)應(yīng)用;市場研究機構(gòu)Yole Developpement預(yù)估,那些新發(fā)展將推動加速度計、磁力計等元件在手機內(nèi)的滲透率,于五年內(nèi)達到近五成。

  目前陀螺儀幾乎已經(jīng)是所有平板裝置的基本配備,主要是因為蘋果iPad占據(jù)該市場的九成以上。此外Yole Developpement也預(yù)期,慣性傳感器在消費性電子領(lǐng)域的應(yīng)用規(guī)模,將在接下來五年達到平均每年24%左右的成長,出貨量將在2015年達到50億顆。

  不過慣性傳感器在游戲領(lǐng)域以外的應(yīng)用,目前看來還是有某種程度的局限;加速度計已經(jīng)是手機產(chǎn)品提供屏幕畫面橫屏與直屏切換功能的必要配備,也有部分產(chǎn)品運用于提供計步器功能。磁力計則是在去年獲得手機產(chǎn)品的大量采用,以提供正確的導航指向功能。另外多軸(multiaxis)MEMS陀螺儀則因剛達到消費性產(chǎn)品可接受的價格點與產(chǎn)能,首度進軍手機、并已幾乎進駐所有平板裝置,初期以游戲的應(yīng)用為主。

  更低的價格將有助于激勵更廣泛的采用;Yole預(yù)見分立慣性傳感器元件價格將持續(xù)下跌,以三軸加速度計為例,將由2010年的0.7美元,到2015年跌至0.3美元或是每軸低于0.1美元。這類方案成本下跌的部分原因,是因為能將加速度計與磁力計、或是加速度計與陀螺儀封裝在一起,讓兩顆傳感器裝置能分享一顆ASIC控制器;這也能改善傳感器數(shù)據(jù)。

  另一個推動MEM傳感器滲透率的原因是,越來越容易將傳感器輸出數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成有用的應(yīng)用。包括ST、InvenSense等領(lǐng)導級供應(yīng)商都可提供越來越多的軟件與程序庫,讓手機與平板裝置廠商能更容易地將基本手勢識別功能加入系統(tǒng)產(chǎn)品中。

  運動傳感器軟件專門供應(yīng)商如Movea與Hillcrest Labs,也可提供設(shè)備無關(guān)(device-agnostic)的軟件工具,以支持更廣泛的應(yīng)用,特別是無線鼠標(air mice)、電視遙控器等可透過手勢操控的應(yīng)用。此外,最新版的Android操作系統(tǒng)支持部分運動處理應(yīng)用程序介面(API),未來的版本預(yù)期將會支持更精密的動作。

  LG的Android手機Optimus Black采用了一顆陀螺儀,以提供方便的單手操控介面,使用者能藉由傾斜手機來切換屏幕畫面(在手機側(cè)邊的一個拇指按鈕能啟動陀螺儀);這是采用MEMS新創(chuàng)公司InvenSense陀螺儀的首款產(chǎn)品,這家小型無晶圓廠供應(yīng)商能拿到如此規(guī)模龐大的設(shè)計案,意味著MEMS產(chǎn)業(yè)鏈的代工技術(shù)已經(jīng)邁向成熟、產(chǎn)量也趨于穩(wěn)定,還有無論是InvenSense或Android的軟件支持,都能很順暢地將傳感器資料轉(zhuǎn)換成各種功能。

  陀螺儀在短時間內(nèi)看來也會應(yīng)用于改善手機拍攝影像的穩(wěn)定性,目前該元件還已經(jīng)被應(yīng)用在電視遙控器中,以簡化網(wǎng)絡(luò)電視的使用。目前LG新推出的、支持點擊式(point-and-click)遙控功能的一款電視產(chǎn)品,就配備了Hillcrest Labs的手勢識別軟件,可進行傳感器數(shù)據(jù)融合、校準與信號處理,移除數(shù)據(jù)中的瑕疵與補償溫度變化,以產(chǎn)生更精確的數(shù)據(jù)流,再將之與鼠標指向功能結(jié)合,提供精密的點選功能,讓電視功能操控更簡便。

  而推動慣性傳感器在便攜式消費產(chǎn)品應(yīng)用的主力,看來將會是對于更精確定位與導航資訊的需求;根據(jù)GPS芯片組供應(yīng)商表示,他們的客戶正在尋找更具可靠性的行人導航功能,可結(jié)合戶外與室內(nèi)地圖以支持位置感知搜尋(location-aware searches),能允許使用者查找所需地點資訊。而加速度計與磁力計是這類導航功能的關(guān)鍵,搭配陀螺儀與壓力傳感器,就能精確追蹤使用者的步伐與方向之改變,以及在無線或衛(wèi)星訊號收不到的地方推測使用者位置。

  一些基礎(chǔ)建設(shè)也正在發(fā)展中,例如在美國,服務(wù)供應(yīng)商Point Inside等已可提供一些購物中心與機場的室內(nèi)地圖與位置服務(wù),可結(jié)合商店促銷資訊。而商店內(nèi)的數(shù)據(jù)搜尋與擴增實境等功能,將需要精確度更高、低漂移(low drift)的一整套傳感器,將精確度由數(shù)十米進一步提升到幾米之內(nèi)。

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