整合MEMS加速計、陀螺儀和地磁感應(yīng)計的模塊正在進入廉價的電子玩具市場，傳感器模塊提供的動作捕捉功能可實現(xiàn)互動的游戲體驗，還能讓更小的兒童上網(wǎng)分享快樂

　　【中外玩具網(wǎng)?· 工藝技術(shù)】盡管2009年全球經(jīng)歷了空前的經(jīng)濟危機，但是MEMS市場并沒有受到影響，市場總值幾乎與2008持平，出貨量比2008年同期增長大約10%，這些數(shù)據(jù)表明，MEMS在消費電子市場的滲透率正在不斷提高。據(jù)市調(diào)機構(gòu)iSuppli的最近一份市場研究報告顯示，2010年以及以后的MEMS市場前景光明，預(yù)計2010年MEMS市場重新回到的兩位數(shù)增幅，2009-2013期間的總年復(fù)合增長率達到12.2%。

　　事實上，MEMS傳感器是消費電子實現(xiàn)創(chuàng)新應(yīng)用不可或缺的關(guān)鍵元器件。近年來，從游戲機到手機，從筆記本電腦到白色家電，很多消費電子產(chǎn)品利用低g加速計，實現(xiàn)了運動控制的用戶界面和增強型保護系統(tǒng)?，F(xiàn)在該輪到MEMS陀螺儀和地磁感應(yīng)計發(fā)揮作用，推動新一波令人興奮的創(chuàng)新應(yīng)用高速增長。

　　有關(guān)能夠測量線性加速度的MEMS加速計的技術(shù)文章已經(jīng)很多，因此，本文基本上不涉及加速傳感器，把更多的筆墨留給陀螺儀、地磁感應(yīng)計等具有多個自由度檢測功能的元器件。

　　MEMS陀螺儀

　　陀螺儀能夠測量沿一個軸或幾個軸運動的角速度，是補充MEMS加速計功能的理想技術(shù)。事實上，如果組合使用加速計和陀螺儀這兩種傳感器，系統(tǒng)設(shè)計人員可以跟蹤并捕捉三維空間的完整運動，為最終用戶提供現(xiàn)場感更強的用戶使用體驗、精確的導(dǎo)航系統(tǒng)以及其它功能。

　　ST在MEMS市場的份額正在快速增長。作為全球公認的消費電子和手機市場最大的MEMS傳感器供應(yīng)商，ST最近推出了30款以低功耗和小封裝為特色的高性能陀螺儀。

　　ST陀螺儀的核心元件是一個微加工機械單元，在設(shè)計上按照一個音叉機制運轉(zhuǎn)，利用科里奧利原理把角速率轉(zhuǎn)換成一個特定感應(yīng)結(jié)構(gòu)的位移。

　　我們以一個單軸偏航陀螺儀為例，探討最簡單的工作原理（圖1）。兩個正在運動的質(zhì)點向相反方向做連續(xù)運動，如藍色箭頭所示。只要從外部施加一個角速率，就會出現(xiàn)一個科里奧利力，力的方向垂直于質(zhì)點運動方向，如黃色箭頭所示。產(chǎn)生的科里奧利力使感應(yīng)質(zhì)點發(fā)生位移，位移大小與所施加的角速率大小成正比。因為傳感器感應(yīng)部分的運動電極（轉(zhuǎn)子）位于固定電極（定子）的側(cè)邊，上面的位移將會在定子和轉(zhuǎn)子之間引起電容變化，因此，在陀螺儀輸入部分施加的角速率被轉(zhuǎn)化成一個專用電路可以檢測的電參數(shù)。

圖 1：單軸MEMS偏航陀螺儀

　　ST研制的微機械陀螺儀傳感器沿用了ST成功的制造技術(shù)，這項技術(shù)已為ST制造了6億多顆加速傳感器，選擇成功的技術(shù)可為客戶提供最先進的質(zhì)量可靠的產(chǎn)品，而且可直接用于最終應(yīng)用。因為ST選用了音叉方法設(shè)計陀螺儀，其差分特性使系統(tǒng)本身對作用在傳感器上的無用線性加速度和雜亂振動的敏感度低于市場上現(xiàn)有的其它類型陀螺儀。當(dāng)這些無用的信號被施加到陀螺儀上時，兩個質(zhì)點就會沿相同方向位移，在一個差分測量后，最終的電容變化將視為無效。