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整合動作感測微機電模塊 開啟人機界面應用新紀元

時間:2010-05-04

來源:網絡轉載

導語:MEMS主要是利用半導體技術把機械做得很小,其發展歷程可以說重覆了過去半導體的發展史。

      MEMS不是一個新名詞,導入應用已經有2~3年的時間,主要是利用半導體技術把機械做得很小。MEMS產業自2000年起的發展歷程可以說重覆了過去半導體的發展史,包括晶體管、整流器、邏輯IC等等。


      意法半導體技術營銷經理郁正德引用iSuppli 2009年的統計數據表示,2008~2013年,MEMS年復合成長率為18.4%,然而出貨件數的成長率則估計有40~50%以上,成長率爆發,主要是因為價格下滑嚴重;尤其是Wii和iPhone大賣,引發了MEMS的使用潮,因而供應商增加,價格明顯下跌,因而帶動出貨量的增加。


      MEMS納含了所有可能的運動,意法提供的MEMS包括:加速度改變的加速器(Accelerometers)、角速度改變的陀螺儀(Gyroscopes)、壓力改變的壓力傳感器(Pressure Sensors),和新產品線麥克風(Microphones)。


      首先在MEMS加速器方面,加速度是運動發生時間內的速度變化。測量的是加速度(a:公尺/秒平方),因為F=ma,所以也是測量力。MEMS陀螺儀測量角速度(Ω:度/秒),繞著X、Y、Z軸,分作Pitch (力度)、Roll (旋轉)和Yaw (偏離)3種方向。意法微機電的陀螺儀產品線納含30dps至6,000dps,是市場上最廣的。常應用于單眼數碼相機防手震、車用衛星導航、繪畫裝置和和游戲裝置。


      MEMS壓力傳感器測量壓力或海拔(bar/psi),測量可達相當高的精確度,元件可以做得很小但量測敏銳,可以算到千分之一的g (重力加速度)。MEMS麥克風利用表面聲波傳導到薄膜振動,計算電容的改變測量音訊(Db)。


      現在的趨勢為,將許多傳感器整合在一個模塊內,例STLSM320HAY30為5軸模塊,包括3軸加速器加上2軸陀螺儀,發表于2009年12月18日。LSM303DLH為6軸模塊,3軸加速器加上3軸磁感應器,發表于2010年元月5日。iPhone 3GS內建的電子羅盤即采用多項MEMS傳感器,未來4G可望更增加新的功能。整合性的MEMS模塊可以提供不同組合,不需要為每一項功能增加各種傳感器,再使用微處理器來運算;整合型MEMS可以做到軸愈多,尺寸反而可以愈小。


      MEMS動作傳感器應用很廣,甚至核子反應槽也是應用項目,可以內建MEMS加速器,以測知有無不正常震動發生。年代久遠的橋梁也可以加上RF傳感器,在其崩塌之前可以測知,可以先行封鎖,避免人車傷亡。


      另外像動作感知游戲利用很多。使用者在用手機看照片時,最常利用到人像放大、縮小、旋轉的功能,即可藉由MEMS加速器來達成。單眼數碼相機可以依景自動轉向,也是該應用之一。另外,若是使用者將手機傾斜,就不需要旋轉,也是另一應用。


      NB的硬碟若內建MEMS加速器,便可以在掉落之前偵測到不正常運動的發生,可以設定安全防護裝置,避免硬碟損毀。今年相當紅的3D鼠標也利用2軸MEMS陀螺儀感測。單眼數碼相機光學/電子防手震是另一應用,尤其500萬以上畫素更需導入。


      LBS (Location Based Service;適地性廣播服務)提供使用者所在位置的相關信息內容,也利用MEMS傳感器,尤其當GPS訊號收不到的地方,陀螺儀可以追蹤出使用者的行動、加速器可以強化使用者界面。


      健康管理系統也可以廣泛應用,使用者打高爾夫球、網球時,若內建MEMS傳感器,可以偵測到運動的力量和速度,亦可以計步,而且還可以量測血壓。另外還可以使用于天氣變化預測,或用于海拔計,使用者若要登山即可加以利用。


      車用可以裝置在安全帶上,若發生事故,能將意外訊息自動傳送到119勤務中心。蘋果的星際漫步(Star Walk)藉由MEMS傳感器配合3G信息觀星。新的應用還包括測量人的睡眠周期,可借以設定選擇在淺層睡眠時喚醒。

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