改变操控的力量 陀螺仪技术寻根问底

MEMS陀螺仪当前市场状况

目前市场上，单轴、双轴、三轴的陀螺仪产品都有，其被应用于不同的需求场合。以InvenSense的IXZ-500及IXZ-650双轴MEMS陀螺仪为例，其是一款整合倾斜X轴及偏移Z轴的两轴运动处理单芯片，能满足传统及超薄的新世代遥控器所有零件在线路板同一平面上的需求。其主要输出端具高精度的全格感测范围，亦可满足高需求数字电视及网络电视遥控器的需求，并具内建放大器的第二个输出端来侦测慢速动作的精确指针功能，可良好地满足家庭影院、机顶盒、个人计算机用3D遥控器与计算机空中鼠标对陀螺仪的需求。而其基于IXZ技术的运动处理方案可实现具计算机鼠标浏览能力等级的3D遥控器，将传统遥控器所需六到十个按钮的步骤在一个动作以内完成；单手动作即可快速翻阅节目单或可倾斜遥控器来调整适当的音量；当有游戏内容时，具有宽广的感测范围的3D遥控器还可配合快速手势动作来与电视机实现多媒体娱乐互动。

图6：不同的产品能满足不同的需求

ST(意法半导体)是公认的消费电子和手机市场MEMS传感器主要供应商，已推出数十款以低功耗和小封装为特色的高性能陀螺仪。意法半导体可为客户提供1轴至3轴、30dps至6000dps灵敏度的各种陀螺仪传感器，让系统设计工程师能够解决不同的应用需求：从图像稳定器到游戏，从指向装置到机器人控制。特别值得一提的是，将陀螺仪、加速度计和磁感应计结合，并均衡利用三者各自的优点，ST也可做出解决方案更强大的手机、GPS产品。如其新的LYPR540AH三轴陀螺仪可进行360°角速度检测，每个轴都能同时提供两个输出信号：用于检测高精度慢动作的400dps全量程数值，和用于检测速度非常快的手势和动作的1600dps全量程数值，使手机、游戏机、个人导航系统等便携设备具有高精度三维手势和动作识别功能。与一个3轴加速计配合使用，设计人员能够研制一种惯性测量单元，追踪并提供人、车辆以及其他物体的运动类型、速度和方向的全部信息。

图7

图7：陀螺仪是用来测量物体的角速度的，而加速度计则是测量物体的线性加速度的，两者的应用领域不同，所以本质上应该是互补关系，而不是相互竞争的关系。如果能将三轴陀螺仪与三轴加速度计整合在一起，则能更完整地传感出物体的运动状态，为终端产品提供更好的性能。

在了解MEMS陀螺仪基本特点的同时，广大读者更关心的是该产品的市场具体应用状况。在具体产品应用方面，MEMS陀螺仪早的成功应用是在DC/DV领域，目前在中高端的数码相机及主流数码摄像机产品中，几乎都内置有陀螺仪用于防抖等。而在游戏方面，任天堂的Wii MotionPlus配件是早将该技术实用化的例子。Wii MotionPlus是一个三轴(单轴+双轴)定位加速度陀螺仪，在主芯片和运算放大器的帮助下可提供三个方向的体感定位能力。而Wii Remote手柄使用的是单个三轴加速计，两者连接起来后便可形成一个更高档次的六轴操控体系。

图8：Wii MotionPlus由一个单轴(图下方)和双轴(图上方)陀螺仪组成三轴陀螺仪

而iPhone 4则是全球首支内置MEMS陀螺仪的智能型手机，其采用了来自意法半导体的三轴MEMS陀螺仪，与同样来自意法半导体的三轴加速度计可以组成更高档次的六轴操控体系。与以前iPhone中一直存在的加速度计(测定三个轴向上的线性加速度)相比，陀螺仪可更好地测定角速度，两者结合能够实现更加完善和精确的动作感应。

图9：iPhone 4内置的三轴陀螺仪(左)和加速度计(右)

iPhone 4现在除了可以感应手机左右的晃动以外还能感受到前后的倾斜，可为手机带来更强的在线游戏体验，并提供更强的室内导航、操控能力，通过将手机倒放就能调静音、摇摇手机就能拨出电话，甚至可用手机直接在半空中“签名”作为交易凭证。总之，只要手机制造商或程序设计者能想到的功能，其都能实现。正如乔布斯在发布会上的演示那样，当手持iPhone 4身体旋转一周时，屏幕上的对象也将随之转动，这在仅有加速度计动作感应功能的产品上是不可能实现的。