摘要： MEMS陀螺儀的制電路內部可內嵌進階電源管理功能，可在不需要動態(tài)傳感器功能的狀態(tài)下直接將MEMS傳感器整組關閉，或搭配系統(tǒng)的使用狀態(tài)區(qū)隔深度睡眠、一般睡眠與正常運作狀態(tài)，藉此達到MEMS陀螺儀最大幅度的節(jié)能效用，降低MEMS組件的驅動功耗。
關鍵字： MEMS， 電路， 電源管理， 動態(tài)傳感器
近年來，不只是電視游戲主機的體感控制器持續(xù)發(fā)燒，智能手機也必須搭載更多元的MEMS組件，來使產品整合更多元的應用價值，而自電視游戲機、手機、筆記本電腦，甚至是白家電，已有越來越多的消費電子產品開始使用低g加速計，實現(xiàn)了運動控制的使用者接口設計應用。
低g加速計感測精度有限
在終端應用方面，低g值的加速度計MEMS產品，在因應基本型態(tài)的動作感測可以獲得不錯的使用效益，但實際上，低g值的加速度計在組件性能表現(xiàn)、感測精度有一定程度極限，若使用者想獲得更高精度的體感操作體驗，會因傳感器的感應反應限制，而相對限制了體感應用設計的細節(jié)表現(xiàn)。
同樣的，直線型的加速度計MEMS，其實在芯片感測的能力受限架構設計，而使其表現(xiàn)在更高精密度的應用方案呈現(xiàn)限制，尤其在人機界面應用與互動設計方案中。目前，較優(yōu)的設計是，使用支持多軸MEMS的陀螺儀(Gyro sensor)組件，同時搭配地磁感應計參照，來發(fā)揮高精度動態(tài)感測設計方案。
體感游戲應用加溫MEMS陀螺儀使用
所謂的陀螺儀，簡言之即為可測量沿著一個軸、或多軸運動的角速度動態(tài)數(shù)據，基本上陀螺儀的使用是用來補充MEMS加速計設計方案、提升動態(tài)感測精度的輔助強化組件，透過加速度感測搭配角速度的實時參照，可以讓操作系統(tǒng)獲得更精確的動作感測數(shù)據。
陀螺儀解決方案在組件用量越來越多、料件成本也持續(xù)壓低。如，Nintendo于2009年推出Wii Motion Plus控制器游戲桿，利用追加MEMS陀螺儀設計方案，來補強原有體感游戲控制器的感測精度，透過Motion Plus偵測體感游戲桿的3D角速度變化量，帶動游戲機導入MEMS陀螺儀銷售額成長近3倍!
另智能手機產品也跟上MEMS陀螺儀使用風潮，iPhone 4為全球第一支內建MEMS陀螺儀的智能手機，而針對智能手機應用方案供應MEMS陀螺儀的業(yè)者，包含STMicroelectronics、InvenSense、Analog Devices等。
MEMS陀螺儀目前還廣泛用在數(shù)字相機的電子防震設計、筆記本電腦的硬盤防摔落動態(tài)保護、3D空間鼠標、數(shù)字電子羅盤、汽車的ESC/ESP等系統(tǒng)設計之中，或是搭配自動控制系統(tǒng)、機器人控制手臂之動態(tài)平衡設計方案中。
加速度計整合陀螺儀提升應用價值
目前多數(shù)以加速度計搭配陀螺儀通常經過整合設計、來建構可進行動態(tài)追蹤與捕捉3D空間的完整運動軌跡。
以現(xiàn)有的MEMS陀螺儀為例，MEMS陀螺儀(Gyroscope)又名角速度計，其實MEMS陀螺儀的核心組件，是一組經過硅制程的微加工機械組合，在硅結構設計上為參照一組如同音叉機制的運轉結構，其應用裝置的角速度感測，其工作原理為由相互正交之振動與轉動導致的交變科里奧利力，至于振動的物體由柔軟之彈性結構懸掛于基座上，MEMS陀螺儀整體動力學系統(tǒng)，是由2D彈性阻尼系統(tǒng)整合，系統(tǒng)中的振動和轉動所產生的科里奧利力將角速度之能量轉移至傳感模式，角速率轉換為特定感應結構的直向位移，透過MEMS的結構進而取得變化量的感測信息。
至于陀螺儀與加速計最大的不同是，陀螺儀的量測數(shù)據較偏向斜度、偏航等動態(tài)信息，反而與重力、線性動作感測數(shù)據較無關，陀螺儀多在偵測物體水平改變狀態(tài)時較能達到效用，無法如加速度計對于物體移動或移動動能具較高的感測能力。相反的，加速度計可在偵測物體移動狀態(tài)具較高實用效益，但卻無法感測物體的小幅角度改變。因而將加速度計與陀螺儀整合，即可讓動態(tài)感測系統(tǒng)同時具備直向速度與轉動數(shù)據的感測信息，讓動態(tài)感測系統(tǒng)的偵測范圍更全面、完整。
在MEMS的節(jié)能設計方面，在系統(tǒng)毋須使用動態(tài)感測應用時，MEMS可以搭配關閉部分功能達到高效節(jié)能效用。例如，在陀螺儀設計方案中，可將陀螺儀的傳遞訊號與調節(jié)電路區(qū)分為馬達驅動部份、加速傳感器感應電路兩大部份，馬達驅動部份為利用靜電驅動的原理令機械組件產生前/后振蕩，產生感測過程所需的諧振作用，至于感應部份為利用量測系統(tǒng)電容變化量，來取得科里奧利力的數(shù)值變化，于對應感應質點上所生成的微弱位移數(shù)據，將角速率變化量，轉換成對比角速度變化量之對應模擬訊號(或數(shù)字訊號)輸出。
內嵌進階電源管理更省電
MEMS陀螺儀的制電路內部可內嵌進階電源管理功能，可在不需要動態(tài)傳感器功能的狀態(tài)下直接將MEMS傳感器整組關閉，或搭配系統(tǒng)的使用狀態(tài)區(qū)隔深度睡眠、一般睡眠與正常運作狀態(tài)，藉此達到MEMS陀螺儀最大幅度的節(jié)能效用，降低MEMS組件的驅動功耗。
通常MEMS組件的整合形式，會利用SiP系統(tǒng)級封裝的方式，將多個MEMS組件整合在同一個料件中，或將MEMS的微機電部分與應用調節(jié)預處理的ASIC電路封裝在同一封裝體內。一般來說，多軸的陀螺儀使用的系統(tǒng)封裝，使用SiP制作方式可以將多組陀螺儀內置于同一組封裝中，封裝面積也僅有3x5mm2以下，其組件厚度僅需要1mm以下，多軸設計方案其動態(tài)軌跡追蹤精度將大幅提升，組件體積在硅制程改善下可維持微縮體積，未來應用將持續(xù)增加。
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