在消费电子设备中如何选择和集成MEMS运动处理方案

文章摘要：基于硅MEMS的技术不但带来了可满足消费电子产品成本要求的新型MEMS陀螺仪，而且有望达到具有挑战性的每轴低于$1.00美元的行业成本目标，另外，这种新型陀螺仪也满足手机、游戏控制器、遥控器和便携导航设备对封装尺寸和旋转传感精度的要求。体积小、性能高、成本低的MEMS陀螺仪及其配套的MEMS加速度计已经使运动处理方案成为现实。 既需要陀螺仪，也需要加速度计 要满足最终用户的功能预期，需要获得三轴旋转运动和三轴直线运动的信息。一个常见的误解是，要使手持系统具有运动处理功能，工程师需要加入陀螺仪或加速度计，即只需二选一。确实，已经有业界分析师提出这样的问题，“哪一个将在运动传感器竞赛中获胜？” 事

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基于硅MEMS的技术不但带来了可满足消费电子产品成本要求的新型MEMS陀螺仪，而且有望达到具有挑战性的每轴低于$1.00美元的行业成本目标，另外，这种新型陀螺仪也满足手机、游戏控制器、遥控器和便携导航设备对封装尺寸和旋转传感精度的要求。体积小、性能高、成本低的MEMS陀螺仪及其配套的MEMS加速度计已经使运动处理方案成为现实。

既需要陀螺仪，也需要加速度计

要满足最终用户的功能预期，需要获得三轴旋转运动和三轴直线运动的信息。一个常见的误解是，要使手持系统具有运动处理功能，工程师需要加入陀螺仪或加速度计，即只需二选一。确实，已经有业界分析师提出这样的问题，“哪一个将在运动传感器竞赛中获胜？”

事实上，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。

在跟踪倾斜和旋转运动时，加速度计在设备不运动时提供更准确的加速度测量，而MEMS陀螺仪在设备运动时测量精度更高。如图2所示，传感器融合算法通常用来把加速度计和陀螺仪的数据相结合，从而在较宽的频带内实现准确的旋转测量。

图2：传感器融合算法把加速度计和陀螺仪的数据相结合，可覆盖更宽的运动信号频率范围。

选择适当的运动处理方案需仔细分析多种因素，包括设备的满量程范围、灵敏度、偏移性能、噪音、交叉轴灵敏度，以及温度、湿度和机械加速度震动对产品的影响。接下来我们着重讨论在消费电子系统中联合使用这些传感器时需要考虑的四个关键因素。

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