如何应用各种MEMS传感器最优搭配?

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你有想过将来直接用手机测身高吗?新一代基于MEMS的高精度压力传感器就可实现。如今基于MEMS的加速传感器、陀螺仪、指南针、压力传感器、麦克风正在成为Android新版本中的指定标配,在主平台差异化越来越小的同时,外围器件的差异化成为手机或其它消费电子产品的新武器,而这些新兴的传感器各有什么应用定位?将来如何发展?来自MEMS领先厂商意法半导体的专家张应娜女士在IIC上作了详细讲解,现摘其精华与大家分享。

加速传感器是最早规模商用在PC硬盘、手机、游戏操作手柄等电子产品中的MEMS器件,其结构在以上几类传感器中属于较简单的一种,如今主流供应商已超过十几家,也使此类传感器的价格迅速下降,已成为手机中的标配。现在大家要做的就是实现更小的尺寸与更低的功耗。三轴加速传感器因为集成度高,代替三个单轴加速器,已成为主流技术。功耗上则是各家竞争的焦点。此次ST在IIC上展示的最新款3轴加速器LIS3DH,据张应娜称功耗仅是竞争对手的1%,同时还集成了3个10位的ADC,相当具有竞争力。

由于iPhone4的驱动,2010年可以说是陀螺仪的元年,陀螺仪在手机中迅速被采用。“陀螺仪的结构比加速传感器复杂很多,它有一颗心脏,还是一颗活动的心脏,所以不仅复杂,功耗也比加速器大一些。”张应娜解释。陀螺仪的应用包括提升各种“Motion Control”界面的用户体验、图形稳定、游戏和导航等,成为提升高端手机体验的重要配置。最新的趋势是三轴单Die的陀螺仪,并采用模拟和数字混合输出,ST最新的L3G4200D就是一款这样产品。“它的技术难度在于大规模生产的良率较低,同时一致性与精度也是一个挑战。”张应娜表示。L3G4200D已在去年大规模量产,今年新增加的H版还会加入FIFO功能,可以进一步降低系统的功耗。L3G4200D的封装尺寸仅为4X4X1,可实现三种量程,工作时的功耗仅为6mA。

至于最新的指南针(也叫电子罗盘仪),用过iPhone4的用户都有划“8”字校准的经历,苹果将指南针的应用引入主流,而Android 2.2中也已规定指南针作为手机的标配了。指南针可以为电子产品增加很多新的卖点和新业务,比如地图指导、基于方向的服务、无需运动的指向、增强型遥控等。“不过,指南针要与加速传感器联合起来应用才会达到最佳效果。”张应娜解释,所以ST将指南针与12位的加速器(由霍利威尔公司提供)集成在一个模块中,直接向用户提供LSM303DLH模块。

ST的这款混合方案保证了三个轴的完美重合,这是分离方案很难实现的。张应娜解释:“为什么苹果的iphone中需要划8字来调校?因为每次开机时磁场环境都发生了变化,而ST的这款混合电子罗盘仪+加速器,通过加入校准与再校准功能、高精度设计和新的算法,可以根据环境变自己校准,免去用户划8字的麻烦。并且划8字还是有一定技窍的,不是每个消费都可以划正确的8字。”期待ST这款不需要用户自己调校的罗盘仪。

 


图1:基于指南针的最新应用。


最后谈谈文章开头部分提到的MEMS压力传感器。“Android2.3中已将压力传感器作为标配,这将会大大刺激压力传感器在手机中的采用。”张应娜说道。相对于传统的压力传感器,MEMS压力传感器可以做到更小、更薄、更高精度、数字输出,从而有机会做入手机等移动消费电子产品。“将来高精度的MEMS压力传感器做入手机后,用户甚至可以用手机来测量身高。”张应娜称,不过目前能商用的压力传感器还没有这么高的精度,ST最新的LPS001WP制成的高度计,可测量的精度为0.1mbar,测量范围300-1100mbar,可用来测试楼层高度,但还不能测量身高。“很快更高精度、可集成进手机,测试身高的产品就会问世了。”她透露。LPS001WP具有低功耗优势,连续工作模式下电流为190 uA;低耗电模式下电流为120 uA,关机模式下电流为5 uA。

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