MEMS传感器在消费类领域的应用

提到MEMS传感器，大家最容易想到的就是以汽车安全气囊应用为代表的汽车应用和其他一些工业应用，而现在随着MEMS传感器越做越小，价格越来越低，能效越来越高，其设计和应用空间也不断扩大，在越来越多的消费类产品中，我们都已经可以看到它的身影。ST模拟、功率与微电机系统部大中华区市场部经理吴卫东先生日前在深圳举行的ST研讨会上表示：MEMS技术出现得很早，因为价格原因一直难以进入消费领域，是ST将MEMS的价格变得平易，将MEMS推入到了消费领域。

吴先生表示：“两年前，三轴加速度计的价格还要两块多美金，而现在十块钱人民币，客户已经可以在自己的玩具设计中加入三轴加速度计，ST在2008年销售的MEMS传感器更将达到1.5亿片。

六百块的非品牌手机里也有加速度计

MEMS传感器在消费产品中的应用越来越广泛，通过简单的加入MEMS传感器，设计师为消费类产品加入了很多特色和人性化的功能，这其中以手机应用最为突出。而且随着MEMS传感器价格的下降，吴卫东先生表示：“现在很多600多元人民币的非品牌手机里也都应用了加速度传感器实现特色功能。”由此看来，非品牌手机之所以能够以如此低廉价格具备如此丰富的功能也实在不是MTK一家之功。

a.手机里的MEMS传感器 手机中的MEMS加速计使人机界面变得更简单、更直观，通过手的动作就可以操作界面功能，全面增强了用户的使用体验。根据终端设备的指向，MEMS传感器可以把图像、视频和网页进行旋转。通过上下左右倾斜手机，还可以查看手机菜单；只要轻轻击打手机机身，就可以在屏幕上选中不同的图标，所有这些智能功能离不开新一代MEMS器件内嵌的先进数字技术。

图1：MEMS传感器在移动电话和PDA中的应用

b.图像缩放和翻页应用 有了MEMS加速计，只要把设备向某一方向倾斜，就能在小屏幕上详细查看地图，显示放大的图像。MEMS还能检测到用户抖动手机和MP3播放器的动作，这个简单的手势可以让播放器跳到下一首歌或返回到上一首歌。

c.手机节能应用 低功耗的MEMS运动传感器还可用作先进的节能技术，当手机没有关闭放在饭桌上时，MEMS传感器将会把耗电大的模块（如显示器背光板和GPS模块）全部关闭，以降低手机和便携导航仪的能耗。只要碰触一下机身，又可以打开全部功能。

d.手机唤醒和手势输入应用 同样地，无论何时，把手机正面向下反放在桌子上，手机设置就会切换到静音模式；只要碰触一下机身，就可以关闭静音功能。我们甚至可以设想，未来的手机在进行输入时，不再需要借助于按键，甚至连触摸技术需要的手指和显示屏的亲密接触也不需要，用户只要在空中书写数字和字母，MEMS传感器就能识别这些动作，而手机软件将这些动作还原成数字和字母；软件还可以把用户预定的动作变成特殊的自定义功能。这和诺基亚看好的手势输入有异曲同工之妙。

图2：Iphone3G中的STMEMS传感器

MEMS传感器的其它应用

a.硬盘驱动器保护功能 硬盘驱动器坠落保护功能是MEMS运动传感器在消费电子市场的具有重要历史意义的代表性应用之一。 在手提电脑内的三轴加速度传感计可以监测加速度，当X、Y、Z三个轴上的加速度矢量和为零时，则认为手提电脑进入了自由落体状态，从而能够检测到硬盘驱动器的意外摔落事故，并及时锁死硬盘驱动器，以防电脑最终摔落在地板上时损坏读写头。

b.游戏机应用 游戏机是运动跟踪和手势识别应用的突出代表，以具有革命性的任天堂Wii游戏机为例，微型运动传感器能够捕捉到玩家任何细微的动作，并将其转化成游戏动作。MEMS技术让玩家动起来：玩家陶醉于真实的游戏体验，通过不同的动作融入到游戏中，例如，模仿一场真实的网球赛、一场引人入胜高尔夫球赛、一场紧张的拳击赛或轻松的钓鱼比赛的动作。现场很多工程师都很有兴趣的体验了Wii所提供的运动游戏，而Wii的手柄中使用的正是ST的MEMS传感器。

c.健身和健康监测应用 健身和健康监测是MEMS传感器的另一类具有代表性的应用。 计步表或计步器是利用三轴MEMS传感器实现健身和健康监测功能的代表性应用，计步器的传感器通过测定在步行和跑步过程中作用在系统上的加速度，通过处理加速度数据，计步器显示用户走过的步数和速度，以及在身体运动过程中所消耗掉的热量，健身者无论是运动量不足和还是过量都可以得到及时的提醒。

d.GPS辅助定位应用

另外，将压力传感器与GPS导航仪配合可以得到用户的更精确的位置信息。如果只借助GPS导航仪，我们可能只能判断一辆汽车是行驶在一座立交桥所位于的位置坐标上，而无法判断它是行驶在立交桥下还是立交桥上，这时就需要压力传感器的帮助。如果遇到紧急时刻，需要救助的话，施救者也可以通过压力传感器和GPS配合精确的知道被困者位于的大厦位置和楼层，从而更有效率的展开营救行动。

e.三维鼠标和遥控器应用 MEMS加速计与陀螺仪配合使用，可以把更先进的选择功能变为现实，研讨会现场就展示了能够在空中操作的三维鼠标和遥控器。在这些设备中，传感器检测到用户的手势，将其转换成PC屏幕上的光标移动或机顶盒和电视机的频道和功能选择。MEMS传感器组、两个陀螺仪和一个加速计检测手腕或鼠标在空中的动作，同时微控制器执行动作跟踪和手势识别功能。然后，重组的运动曲线通过无线连接发送到机顶盒或PC机，无线链路可以采用红外或射频，现场展示的三维鼠标采用了蓝牙作为无线链路。 MEMS应用注意事项 要用好MEMS除了高质量的硬件，还需要先进合理的算法的支持，另外在PCB布线和SMD焊接方面也都有较高的要求。ST的FAE也在演讲中给工程们提出了建议。

其中，PCB设计要点如下：

•Sensor下面的区域应当设为禁止布线区。建议在Sensor下面及周围1mm距离不要有其他走线或过孔。

•连接引脚的布线应尽可能匀称对称。这样可以减少回流焊后因为收缩对器件的影响。

•为了减小温度对Sensor的影响，建议不要在Sensor周围2mm内放置按钮/屏蔽罩等大的接插件。

•第1脚的指示标记在内部与第1脚有电器连接，在焊接中请将第1脚的指示标记悬空。

SMT中的注意要点：

•锡膏的厚度和模板有助于Sensor的正确焊接

•建议上锡膏时使用钢网。λ

•建议钢网厚度为90~150um（3.5~6mil）。

•锡膏的厚度应该适当，以确保Sensor封装和PCB之间的洁净和焊接的可靠。

•建议钢网孔型为矩形，尺寸比PCB上的部分小25um（1mil）。

•对于信号焊盘，钢网应占PCB焊盘的70%~90%.

•钢网必须和IC的引脚严格对齐，刷锡膏前钢网和PCB也要严格对齐误差小于25um（1mil）λ