三轴陀螺仪基本技术原理解析

在苹果公司的iPhone和任天堂公司的Wi i游戏机的推动下，"运动传感"概念深入人心，具备微型化智能化特征的MEMS陀螺仪正成为用户关注的焦点，正成为消费类电子设备运动传感的关键器件。著名市场研究顾问机构Yole Development最新预测，MEMS陀螺仪、加速度计和磁感应器的销售额在2013年将达到45亿美元的规模。

　　先进工艺是保障MEMS陀螺仪技术得以走向现实的基础。MEMS加工除了使用大量传统的IC工艺外，还需要一些特殊工艺，如双面刻蚀、双面光刻等。通过在晶圆阶段整合MEMS晶圆与相对应的CMOS电子电路，目前产品已能将MEMS陀螺仪产品的封装缩小到mm级，最大厚度也仅为1mm左右，同时还能提供更高的效能、更低的噪声，与更低的半导体封装成本。新一代MEMS陀螺仪已普遍具备体积小、功耗低、精度高、成本低等诸多优点

　　三轴MEMS陀螺仪结合三轴MEMS加速度计实现的所谓六轴产品。三轴陀螺仪可以同时测定6个方向的位置、移动轨迹和加速度。

　　从MEMS陀螺仪的应用方向来看，陀螺仪能够测量沿一个轴或几个轴运动的角速度，可与MEMS加速度计（加速计）形成优势互补，如果组合使用加速度计和陀螺仪这两种传感器，设计者就能更好地跟踪并捕捉三维空间的完整运动，为最终用户提供现场感更强的用户使用体验、精确的导航系统以及其它功能

　　为此，应用这方面技术的前沿厂商InvenSense（应美盛）公司的专家认为："要准确地描述线性和旋转运动，需要设计者同时用到陀螺仪和加速度计。单纯使用陀螺仪的方案可用于需要高分辨率和快速反应的旋转检测；单纯使用加速度计的方案可用于有固定的重力参考坐标系、存在线性或倾斜运动但旋转运动被限制在一定范围内的应用。但同时处理直线运动和旋转运动时，就需要使用陀螺仪和加速度计的方案。"

　　此外，为让设计和制作的陀螺仪具有较高的加速度和较低的机械噪声，或为校正加速度计的旋转误差，一些厂商会使用磁力计来完成传统上用陀螺仪实现的传感功能，以完成相应定位，让陀螺仪术业有专攻。这表明，混合的陀螺仪、加速度计或磁感应计结合的方案正成为MEMS陀螺仪技术应用的趋势。

　　InvenSense的营销总监Doug Vargha亦为此表示："若只使用传统的加速度计，用户得到的要么是反应敏捷的但噪声较大的输出，要么是反应慢但较纯净的输出，而如将加速度计与陀螺仪相结合，就能得到既纯净又反应敏捷的输出。"

　　后记，MEMS陀螺仪大有可为

　　智能手机大厂HTC技术顾问Jidesh Veeramachaneni对此表示："MEMS陀螺仪技术已成为智能手机开发者讨论得最多的话题，预期在明年该技术将成为智能手机的标配，用户可以通过陀螺仪获得包含游戏在内的很多新的体验，例如你可用手机更方便地玩击剑游戏。"为此，包含ST、InvenSense、Kionix、Bosch Sensortec、ADI、Freescale等在内的厂商都纷纷投入这一市场，以期在未来的竞争中获得更多的发言权，这预示着未来的MEMS陀螺仪市场将变得更精彩，MEMS产业的竞争将白热化，三轴陀螺仪成本全面跌破1美元指日可待。当然，除了在硬件配置上获得突破性应用外，相关游戏或程序开发厂商如何开发出能充分体现出这种特性应用的程序也是关键，这亦将直接决定标配有该功能的产品在市场上的受欢迎程度。