今天的每一款高端智能手机和平板电脑中都包含三个传感器件,为用户带来真正的运动游戏和增强实境体验。其中的两个——加速度计和磁力计现在已经实现低功耗、低成本。第三个重要器件就是陀螺仪,但是这款器件相比前两者就贵很多,而且功耗比前二者的总和还要大。
加速度传感器主要检测设备的线性加速运动,陀螺仪可以测量设备的转动速率,地磁传感器则可以测量地球磁场,结合重力方向,能检测设备的三维方向。对没有陀螺仪功能的手机用户而言,在游戏中只能通过不断在手机的触摸屏上拖曳来指向所需的方向,而通过陀螺仪的支持,用户只需旋转、倾斜或者摇动手机就可以在游戏中实现。
虽然硬件的陀螺方案能在移动设备上大大增强用户的游戏体验,然而对成本、功耗和板上空间的苛刻要求使得它只能在最昂贵的移动设备中使用。事实上,根据MEMS行业报告显示,在所有中国设计的手机市场中,陀螺仪的搭载率只有10%。
为了解决这一问题,MEMS传感器市场上出现了一些虚拟陀螺仪的解决方案,近日矽立科技(mCube)也发布了业内首颗为安卓手机和平板优化,基于软件增强技术的陀螺仪方案。通过在移动设备上增加“虚拟”陀螺仪的功能,矽立科技的iGyro MC7010能为手机和平板用户提供9轴体感游戏和增强实境体验,与基于硬件的分立器件方案相比同时降低了功耗,成本和板上空间。
如何在传感器方案中植入陀螺仪的功能?
在发布会上,矽立科技总裁兼CEO李彬介绍说:“iGyro结合了矽立科技在3D单芯片运动传感器上的创新以及先进的软件算法,我们最新的高精度多功能传感器中包含了世界最小的加速度传感器,通过在该传感器方案中植入陀螺仪的功能,所有的客户都可以给用户提供精致的9轴体感游戏功能,而不必增加硬件9轴方案所需的高额成本和功耗。”
新的MC7010 iGyro虚拟陀螺仪传感器是该公司标准电子罗盘方案在相同封装形式下的增强版本。iGyro虚拟陀螺仪技术是由具有资深航空导航经验的专业算法团队针对移动设备市场的特点和需求优化开发,通过将iGyro算法引擎固化在高精度的电子罗盘芯片中,芯片中的硬件提供了高速率的三轴加速度和地磁场的检测,来支持陀螺仪旋转速率的计算,从而创造了虚拟的9维度传感器方案,而功耗和成本相比硬件陀螺的方案却要低得多。
MC7010通过3轴加速度传感器和地磁传感器,提供高精度9轴方向传感器功能,使用即时检测设备方向和加速度传感器及地磁传感器上的变化速率来生成平滑和快速响应的陀螺仪方案,因此无旋转速率偏置,对慢速和细小运动提供低噪输出,对快速和大幅度运动快速响应,提供对于轨迹失真的纠正能力,并可运行于支持游戏和增强实境应用的处理器。
“MC7010的面积仅有9平方毫米,功耗仅有0.26mA,而其他的分立9轴传感器方案功耗为3.6mA,面积达到22平方毫米。”李彬强调说,“相比之下我们的解决方案可降低成本50%,功耗降低80%,并且兼容3轴和6轴方案,同一电路板设计上实现3轴、6轴和9轴的选配(使用矽立科技的3轴加速度计和6轴电子罗盘方案),可以说是最适合移动设备的9轴方案。”
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全球首家实现3D单芯片的MEMS传感器厂商
李彬还表示,矽立是全球首家实现3D单芯片的MEMS传感器厂商。通过与TSMC的合作,矽立可以在一条线上完成ASIC和MEMS工艺。同时他透露,矽立1×1的方案也已经可以提供样片,“在3×3尺寸上我们还有7家左右的竞争对手,到2×2阶段只剩下2~4家,而到了1×1阶段,我们目前还没有竞争对手。”
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目前矽立的运动传感器方案包括全系列3轴、6轴和9轴的加速度计、电子罗盘和陀螺仪系列产品。自2012年开始出货以来,该公司的产品已销售超过6000万片。IDC的调研报告指出,2014年全球平板电脑市场规模将达到2.7亿台,到2017年将增长至38.6亿台的规模,日益增长的平板市场确实需要高性价比的9轴方案。除平板电脑外,随着利用运动检测的应用数量持续激增,所有移动设备市场对9轴运动传感器的需求也在持续增长。诸如矽立iGyro的虚拟陀螺仪方案将有巨大的潜在市场。
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