ST在微机电系统(MEMS)产品上的应用

相信每个人或多或少都听过报章杂志提到微机电系统(以下简称MEMS: Micro Electronic Mechanical System)，而意法半导体(STMicroelectronic)在MEMS产品线上，相当的齐全。从最具代表性的加速规(G-sensor)，陀螺仪(Gyroscope), 到电子罗盘(E-Compass)，应有尽有。其中G-sensor的LIS331DLH和陀螺仪的L3G4200D皆已位列iPad和iPhones4的供应炼中。

Accelerometro(加速規, G-sensor)

我们首先接口G-sensor在笔电上的应用，其中最具代表性的料号为LIS33DE和LIS331DLH: 电脑在储存方面，相当倚靠硬盘(Hard Drive)。硬盘是标准的机械产品，采用高容量的碟盘和极高的转速运作，时下基本的转速都是7500rpm(每分钟7500转)。尤其是现在的电脑作业系统皆为多工，运作过程中，作业系统随时随地会对硬盘做读写的动作。如果是桌上型还好，不会经常性的移动。但是笔记本电脑，体积小，便于携带。相信很多人一定看过，在笔电未阖盖(或是关机)的情况下，就带着到处开会。同时很多人也不知道，硬盘并不适合在移动的情况下，做读写动作。所以笔电制造商，就是考虑到这一点。假如笔电在传感到移动时，就将硬盘的读写头(Pickup Head)迅速拉离正处于高转速中的碟盘，以避免产生撞击。笔电如何侦测移动，就是靠G-sensor。G-sensor的G值变化，就可表示目前笔电刻正处于受力的情况。

前述是G-sensor在笔电运用中较典型的一种。当然，G-sensor不只可以做硬盘保护功能。目前时下最流行的平版电脑(Tablet PC)亦用来做画面翻转(Dispaly Rotation)的依据，赛车游戏的方向盘旋转，倾斜侦测...等。

再下来提到Apple已采用的L3G4200D Digital Gyroscope，这是一颗同时有三种量度且可动态选择的数位陀螺仪。量度种类为角速度(Angualr Rate)。最重要的功能即用来量测旋转运动。有很多人问是否可以用陀螺仪来取代加速规? 我想利用这个机会澄清一件事，加速规能传感的运动模型是直线运动，而陀螺仪能传感的运动模型是旋转运动。所以，没有互相取代的问题，甚至有互补的功能。L3G4200D和其他的消费性陀螺仪相较起来，大同小异。最大的卖点就是有两项: 1. Sleep to Wakeup。2. 可动态选择量度。Sleep to Wakeup最主要的精神在于如果设计在消费型电子产品同时又是便携式(Handheld Device)产品，势必在功耗上相当的要求。如果产品的角速度长时间无任何的变化，几乎可以确定使用者已将此产品搁置，这时产品就可被设定进入睡眠模式(Sleeping Mode)。在睡眠模式中，当产品侦测出突发性的高转速，这时就可知道使用者已开始使用该产品，陀螺仪就会Wakeup进入一般模式(Active Mode)，且透过中断将MCU唤醒，MCU将会陆续将所有周边元件都唤醒。此法可有效降低非运作模式(Inactive Mode)中的功耗。目前时下最流行的体感游戏(PS3, Wii等)，就是利用陀螺仪的特性，侦测人类的运动模式，同时反映至电视萤幕上。

L3G4200D(陀螺儀)

最后我要介绍的是电子罗盘(E-Compass)。E-Compass实际上是一个磁力传感计。和加速规，陀螺仪一样有三轴。最主要是量测周遭环境的磁场值。输出单位为高斯(Gauss)。讲到这里，我们从国小的自然课本，就知道地球就是一个大磁场，而磁力传感器就是用来侦测磁场强度。目前的地磁是磁力线最多的磁场，大约有0.4~0.8高斯。传统上，磁力传感计须伴随一G-sensor以用来计算方位角(Azinuth)。LSM303DLH就是根据此须求，同时将磁力传感计+G-sensor作成同一颗。让开发者不用再去思考磁力传感计和G-sensor如何搭配。免除了硬件上设计的困扰。而内含的G-sensor即为前述所提的LIS331DLH。使用上，皆可取得正确的磁北。LSM303DLH同样适合用手持式装置，Sleeping to Wakeup的功能，在此的运用，可说是相得益彰。

LSM303DLH(E-Compass, 電子羅盤)

综观前述，相信未来消费性电子产品加入MEMS的机会，会持续增加，而且MEMS在去年的成长有150%以上，同时价格持续压低，这代表着市场的高度发展，同时也伴随软件开发重要性大增。