中心議題：
- ST在深圳舉行題為“Design is Fun with ST MEMS”的微機(jī)電系統(tǒng)研討會(huì)
- ST MEMS傳感器介紹
解決方案：
- 圍繞MEMS可以開(kāi)發(fā)出多種應(yīng)用
- MEMS可大幅提高消費(fèi)者使用消費(fèi)類電子產(chǎn)品的用戶體驗(yàn)
- 應(yīng)用MEMS算法非常關(guān)鍵
- 應(yīng)用MEMS在PCB設(shè)計(jì)和SMT方面都要注意一系列問(wèn)題
提到MEMS傳感器，大家最容易想到的就是以汽車安全氣囊應(yīng)用為代表的汽車應(yīng)用和其他一些工業(yè)應(yīng)用，而現(xiàn)在隨著MEMS傳感器越做越小，價(jià)格越來(lái)越低，能效越來(lái)越高，其設(shè)計(jì)和應(yīng)用空間也不斷擴(kuò)大，在越來(lái)越多的消費(fèi)類產(chǎn)品中，我們都已經(jīng)可以看到它的身影。ST模擬、功率與微電機(jī)系統(tǒng)部大中華區(qū)市場(chǎng)部經(jīng)理吳衛(wèi)東先生日前在深圳舉行的ST研討會(huì)上表示：MEMS技術(shù)出現(xiàn)得很早，因?yàn)閮r(jià)格原因一直難以進(jìn)入消費(fèi)領(lǐng)域，是ST將MEMS的價(jià)格變得平易，將MEMS推入到了消費(fèi)領(lǐng)域。
吳先生表示：“兩年前，三軸加速度計(jì)的價(jià)格還要兩塊多美金，而現(xiàn)在十塊錢人民幣，客戶已經(jīng)可以在自己的玩具設(shè)計(jì)中加入三軸加速度計(jì)，ST在2008年銷售的MEMS傳感器更將達(dá)到1.5億片。
六百塊的非品牌手機(jī)里也有加速度計(jì)
MEMS傳感器在消費(fèi)產(chǎn)品中的應(yīng)用越來(lái)越廣泛，通過(guò)簡(jiǎn)單的加入MEMS傳感器，設(shè)計(jì)師為消費(fèi)類產(chǎn)品加入了很多特色和人性化的功能，這其中以手機(jī)應(yīng)用最為突出。而且隨著MEMS傳感器價(jià)格的下降，吳衛(wèi)東先生表示：“現(xiàn)在很多600多元人民幣的非品牌手機(jī)里也都應(yīng)用了加速度傳感器實(shí)現(xiàn)特色功能。”由此看來(lái)，非品牌手機(jī)之所以能夠以如此低廉價(jià)格具備如此豐富的功能也實(shí)在不是MTK一家之功。
a.手機(jī)里的MEMS傳感器
手機(jī)中的MEMS加速計(jì)使人機(jī)界面變得更簡(jiǎn)單、更直觀，通過(guò)手的動(dòng)作就可以操作界面功能，全面增強(qiáng)了用戶的使用體驗(yàn)。根據(jù)終端設(shè)備的指向，MEMS傳感器可以把圖像、視頻和網(wǎng)頁(yè)進(jìn)行旋轉(zhuǎn)。通過(guò)上下左右傾斜手機(jī)，還可以查看手機(jī)菜單；只要輕輕擊打手機(jī)機(jī)身，就可以在屏幕上選中不同的圖標(biāo)，所有這些智能功能離不開(kāi)新一代MEMS器件內(nèi)嵌的先進(jìn)數(shù)字技術(shù)。
圖1：MEMS傳感器在移動(dòng)電話和PDA中的應(yīng)用
b.圖像縮放和翻頁(yè)應(yīng)用
有了MEMS加速計(jì)，只要把設(shè)備向某一方向傾斜，就能在小屏幕上詳細(xì)查看地圖，顯示放大的圖像。MEMS還能檢測(cè)到用戶抖動(dòng)手機(jī)和MP3播放器的動(dòng)作，這個(gè)簡(jiǎn)單的手勢(shì)可以讓播放器跳到下一首歌或返回到上一首歌。
c.手機(jī)節(jié)能應(yīng)用
低功耗的MEMS運(yùn)動(dòng)傳感器還可用作先進(jìn)的節(jié)能技術(shù)，當(dāng)手機(jī)沒(méi)有關(guān)閉放在飯桌上時(shí)，MEMS傳感器將會(huì)把耗電大的模塊(如顯示器背光板和GPS模塊)全部關(guān)閉，以降低手機(jī)和便攜導(dǎo)航儀的能耗。只要碰觸一下機(jī)身，又可以打開(kāi)全部功能。
d.手機(jī)喚醒和手勢(shì)輸入應(yīng)用
同樣地，無(wú)論何時(shí)，把手機(jī)正面向下反放在桌子上，手機(jī)設(shè)置就會(huì)切換到靜音模式；只要碰觸一下機(jī)身，就可以關(guān)閉靜音功能。我們甚至可以設(shè)想，未來(lái)的手機(jī)在進(jìn)行輸入時(shí)，不再需要借助于按鍵，甚至連觸摸技術(shù)需要的手指和顯示屏的親密接觸也不需要，用戶只要在空中書寫數(shù)字和字母，MEMS傳感器就能識(shí)別這些動(dòng)作，而手機(jī)軟件將這些動(dòng)作還原成數(shù)字和字母；軟件還可以把用戶預(yù)定的動(dòng)作變成特殊的自定義功能。這和諾基亞看好的手勢(shì)輸入有異曲同工之妙。
圖2：Iphone3G中的STMEMS傳感器
MEMS傳感器的其它應(yīng)用
a.硬盤驅(qū)動(dòng)器保護(hù)功能
硬盤驅(qū)動(dòng)器墜落保護(hù)功能是MEMS運(yùn)動(dòng)傳感器在消費(fèi)電子市場(chǎng)的具有重要?dú)v史意義的代表性應(yīng)用之一。 在手提電腦內(nèi)的三軸加速度傳感計(jì)可以監(jiān)測(cè)加速度，當(dāng)X、Y、Z三個(gè)軸上的加速度矢量和為零時(shí)，則認(rèn)為手提電腦進(jìn)入了自由落體狀態(tài)，從而能夠檢測(cè)到硬盤驅(qū)動(dòng)器的意外摔落事故，并及時(shí)鎖死硬盤驅(qū)動(dòng)器，以防電腦最終摔落在地板上時(shí)損壞讀寫頭。
b.游戲機(jī)應(yīng)用
游戲機(jī)是運(yùn)動(dòng)跟蹤和手勢(shì)識(shí)別應(yīng)用的突出代表，以具有革命性的任天堂Wii游戲機(jī)為例，微型運(yùn)動(dòng)傳感器能夠捕捉到玩家任何細(xì)微的動(dòng)作，并將其轉(zhuǎn)化成游戲動(dòng)作。MEMS技術(shù)讓玩家動(dòng)起來(lái)：玩家陶醉于真實(shí)的游戲體驗(yàn)，通過(guò)不同的動(dòng)作融入到游戲中，例如，模仿一場(chǎng)真實(shí)的網(wǎng)球賽、一場(chǎng)引人入勝高爾夫球賽、一場(chǎng)緊張的拳擊賽或輕松的釣魚比賽的動(dòng)作。現(xiàn)場(chǎng)很多工程師都很有興趣的體驗(yàn)了Wii所提供的運(yùn)動(dòng)游戲，而Wii的手柄中使用的正是ST的MEMS傳感器。
圖3：使用MEMS技術(shù)的Wii游戲機(jī)
c.健身和健康監(jiān)測(cè)應(yīng)用
健身和健康監(jiān)測(cè)是MEMS傳感器的另一類具有代表性的應(yīng)用。 計(jì)步表或計(jì)步器是利用三軸MEMS傳感器實(shí)現(xiàn)健身和健康監(jiān)測(cè)功能的代表性應(yīng)用，計(jì)步器的傳感器通過(guò)測(cè)定在步行和跑步過(guò)程中作用在系統(tǒng)上的加速度，通過(guò)處理加速度數(shù)據(jù)，計(jì)步器顯示用戶走過(guò)的步數(shù)和速度，以及在身體運(yùn)動(dòng)過(guò)程中所消耗掉的熱量，健身者無(wú)論是運(yùn)動(dòng)量不足和還是過(guò)量都可以得到及時(shí)的提醒。
d.GPS輔助定位應(yīng)用
另外，將壓力傳感器與GPS導(dǎo)航儀配合可以得到用戶的更精確的位置信息。如果只借助GPS導(dǎo)航儀，我們可能只能判斷一輛汽車是行駛在一座立交橋所位于的位置坐標(biāo)上，而無(wú)法判斷它是行駛在立交橋下還是立交橋上，這時(shí)就需要壓力傳感器的幫助。如果遇到緊急時(shí)刻，需要救助的話，施救者也可以通過(guò)壓力傳感器和GPS配合精確的知道被困者位于的大廈位置和樓層，從而更有效率的展開(kāi)營(yíng)救行動(dòng)。
e.三維鼠標(biāo)和遙控器應(yīng)用
MEMS加速計(jì)與陀螺儀配合使用，可以把更先進(jìn)的選擇功能變?yōu)楝F(xiàn)實(shí)，研討會(huì)現(xiàn)場(chǎng)就展示了能夠在空中操作的三維鼠標(biāo)和遙控器。在這些設(shè)備中，傳感器檢測(cè)到用戶的手勢(shì)，將其轉(zhuǎn)換成PC屏幕上的光標(biāo)移動(dòng)或機(jī)頂盒和電視機(jī)的頻道和功能選擇。MEMS傳感器組、兩個(gè)陀螺儀和一個(gè)加速計(jì)檢測(cè)手腕或鼠標(biāo)在空中的動(dòng)作，同時(shí)微控制器執(zhí)行動(dòng)作跟蹤和手勢(shì)識(shí)別功能。然后，重組的運(yùn)動(dòng)曲線通過(guò)無(wú)線連接發(fā)送到機(jī)頂盒或PC機(jī)，無(wú)線鏈路可以采用紅外或射頻，現(xiàn)場(chǎng)展示的三維鼠標(biāo)采用了藍(lán)牙作為無(wú)線鏈路。
MEMS應(yīng)用注意事項(xiàng)
要用好MEMS除了高質(zhì)量的硬件，還需要先進(jìn)合理的算法的支持，另外在PCB布線和SMD焊接方面也都有較高的要求。ST的FAE也在演講中給工程們提出了建議。
其中，PCB設(shè)計(jì)要點(diǎn)如下：
- ? Sensor下面的區(qū)域應(yīng)當(dāng)設(shè)為禁止布線區(qū).建議在Sensor下面及周圍1mm距離不要有其他走線或過(guò)孔。
- ? 連接引腳的布線應(yīng)盡可能勻稱對(duì)稱.這樣可以減少回流焊后因?yàn)槭湛s對(duì)器件的影響。
- ? 為了減小溫度對(duì)Sensor的影響，建議不要在Sensor周圍2mm內(nèi)放置按鈕/屏蔽罩等大的接插件。
- ? 第1腳的指示標(biāo)記在內(nèi)部與第1腳有電器連接，在焊接中請(qǐng)將第1腳的指示標(biāo)記懸空。
SMT中的注意要點(diǎn)：
- ? 錫膏的厚度和模板有助于Sensor的正確焊接
- ? 建議上錫膏時(shí)使用鋼網(wǎng).
- ? 建議鋼網(wǎng)厚度為90~150um(3.5~6mil).
- ? 錫膏的厚度應(yīng)該適當(dāng)，以確保Sensor封裝和PCB之間的潔凈和焊接的可靠.
- ? 建議鋼網(wǎng)孔型為矩形，尺寸比PCB上的部分小25um(1mil).
- ? 對(duì)于信號(hào)焊盤，鋼網(wǎng)應(yīng)占PCB焊盤的70%~90%.
- ? 鋼網(wǎng)必須和IC的引腳嚴(yán)格對(duì)齊，刷錫膏前鋼網(wǎng)和PCB也要嚴(yán)格對(duì)齊誤差小于25um(1mil)
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