应用各种MEMS传感器实现手机差异化

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。


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 mA；低耗电模式下电流为120 mA，关机模式下电流为5 mA。

此外，MEMS麦克风正在手机等消费电子中取代ECM麦克风，因为前者可以实现回流焊工艺，可使PCB板做得非常薄（1mm）。

以上这些所有MEMS传感器件正在越来越多的被用于各种便携消费电子中，而这些传感器并不是单独使用，而是多个整合起来实现更丰富的功能和更好的体验，集成多种传感器的模块也是未来的一种趋势。“各种MEMS传感器在手机中的应用迅速增加，他们之间的配合则可以实现完美的应用。”张应娜说道，“比如指南针对陀螺仪校准，而陀螺仪又离不开加速器。所以，这些产品的两两、甚至三三集成是未来的趋势。”