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MEMS傳感器大幅提升用戶體驗及性能
2014-5-14 閱讀(1077)
MEMS傳感器大幅提升用戶體驗及性能
意法半導體的iNEMO引擎則是基于卡爾曼濾波器（Kalman Filter）理論，采用一套自適應預測和濾波算法，能夠識別由加速度計、陀螺儀、羅盤以及壓力傳感器組成的多個傳感器的輸入信息，并可自動修正傳感器的測量失真、錯誤以及干擾，從而大幅提升用戶體驗以及感應精度、分辨率、穩定性和響應時間。
MEMS在電子圈外也是一個受追捧的技術名詞，普及這個詞匯的zui大功臣無疑是智能手機的動作感應功能，而背后扮演重要角色的是那些MEMS運動傳感器。這些運動控制傳感器將非電量（如速度、壓力）的變化轉變為電量變化，其技術水平的發展促進電子設備的運動感知能力愈來愈智能。
常見的運動傳感器包括陀螺儀、加速度計和磁力計等，在運動跟蹤和方向方面每種傳感器都有自己固有的強項和弱點，但通過融合的多軸傳感器組合、集成壓力傳感器/處理器/射頻單元等方式，測試精度的發展日新月異。
求助：傳感器數據不準確？
在我們的論壇求助上，如何獲取準確的傳感器數據一直是工程師在系統設計時所面臨的一大挑戰。針對此挑戰，博世傳感器發言人指出實現準確的傳感器數據，需要注意不同階段的設備設計：階段一是傳感器硬件和軟件共同設計階段，在該階段我們定義了*初始參數例如噪聲和補償；第二階段是系統軟件層次上，提供*的傳感器數據融合庫（BSX）；第三階段是對客戶系統實現的支持，比如針對磁力儀集成，我們為客戶的PCB上提供亥姆霍茲線圈測量。要實現*的傳感器性能，傳感器和軟件必須恰當匹配，并且傳感器供應商能夠很好的支持OEM端傳感器硬件和軟件的實現。
對于工程師所提到的傳感器數據不準確疑惑，Kionix中國區總鄧川軍指出，傳感器數據不準確這個說法不太準確，因為傳感器會如實地匯報原始數據，但如何準確地使用原始數據去的應用，這個需要很好的算法。
Kionix這方面投入很大，在硅谷專門有個團隊從事算法和應用的開發，以提供給客戶比較好的用戶體驗，鄧川軍表示。例如Kionix為加速度計提供的嵌入式算法包括輕擊檢測、屏幕旋轉、手勢識別及活動監測等，努力為客戶提供更多價值。
Invensense也是如此，不僅在所有產品中通過提供自我矯正輸出功能來持續提供高性能檢測，同時也針對具體應用提供一些自動活動識別（AAR）軟件庫，比如在其產品ICM-20655中的AAR就能為檢測步行、跑步、自行車、靜止和睡眠等不同狀態的手腕穿戴式產品提供Always-On的檢測功能。
傳感器的數據準確度除了受制于器件本身之外，還涉及到焊接和裝配之后的校正，以及針對不同應用的合適選型和配套的算法。ADI微機械產品線應用工程師趙延輝指出，他表示公司就在提高產品本身精度的同時也對客戶提供良好的，從而幫助系統設計者獲得滿意的系統精度。
我們提供給客戶的MEMS傳感器硬件/軟件都是做好的產品，通過了嚴格的出廠測試校準。意法半導體MEMS和傳感器市場許永剛指出，甚至我們還會提供PCB設計指導。
算法：多軸傳感器數據融合的關鍵
每一種MEMS運動傳感器都有其自身的優點和缺陷，筆者把這些優缺點整理在表一中。要達到精益求精的傳感數據，除了傳感器本身的精度之外，通過復雜的傳感器融合軟件將來自各種傳感器的輸入組合在一起，產生一個更加的運動檢測結果十分必要。傳感器融合軟件將來自多種傳感器的數據融合，彌補了單個傳感器在計算準確的位置和方向時的不足，從而實現高精度的運動檢測，為手機、導航系統、游戲機等應用創造更多新機會。此外，集成化的趨勢減少了電路板的整體空間和總成本，為進入更多輕巧便攜電子設備/穿戴式產品帶來可能。
MEMS傳感器大幅提升用戶體驗及性能
我們的*性在于融合軟件BSX都是自行開發的，這意味著不同方案都可以通過硬件和軟件的協同設計匹配。博世傳感器發言人表示。此外，其軟件是基于混合傳感器數據融合方法，這意味著緊密傳感器耦合與松散傳感器耦合能并行使用，這種方法的優點是在傳感器數據處理能力（功耗）和整體感知準確性之間的*折衷。
飛思卡爾市場高小龍表示，情境感知的廣泛需求敦促傳感器廠商不單只提供硬件芯片，而且能夠針對客戶的應用需求提供更加豐富的軟件方案及算法。Freescale能夠免費提供6/9/10軸的傳感器數據融合算法及相關軟件，能夠提供給系統廠商豐富、準確的軟件接口去開發更多的定制化應用。
意法半導體的iNEMO引擎則是基于卡爾曼濾波器（KalmanFilter）理論，采用一套自適應預測和濾波算法，能夠識別由加速度計、陀螺儀、羅盤以及壓力傳感器組成的多個傳感器的輸入信息，并可自動修正傳感器的測量失真、錯誤以及干擾，從而大幅提升用戶體驗以及感應精度、分辨率、穩定性和響應時間。
如何很好地利用傳感器的原始數據去描述運動狀態，這個就涉及到數據的融合，鄧川軍指出，我們有很資深的團隊從事這方面的工作，例如KMX61就通過自己的算法，在擁有加速度計和磁力計性能的前提下，可以擁有軟陀螺儀的功能，大大地減少了成本和功耗，功耗僅為550uA.移動設備中的許多應用需要得益于陀螺儀功能，但不需要傳統陀螺儀的*表現，選擇這種方案就非常合適。
這種通過軟件算法，以六軸產品實現九軸功能的方案，博世傳感器認為是非常有用的，我們在OEM端*次使用這種方案是在2011年，采用的是6軸電子羅盤（3軸加速度計+3軸磁傳感器）BMC050.現在有許多OEM廠商都采用這種方式，磁力陀螺儀功能是一項標準功能，2年多前就在傳感器數據融合庫BSX提供。發言人表示。
這種方案帶給用戶zui大的好處就是功耗的降低和成本的降低，但它也有一定的局限性，趙延輝指出，比如磁傳感器非常易受干擾等。高小龍也認為，如果使用電子羅盤+加速計模擬陀螺儀，在響應速度和用戶體驗上會有明顯的差距。
為不同應用選擇合適的傳感器與恰當的性能很重要，InvenSense營銷及業務開發副總裁AliFoughi持類似觀點，例如，使用羅盤+加速度計作為一個軟陀螺儀就不是一個好主意。這是因為陀螺儀的優勢是為運動跟蹤提供精度和速度，而軟陀螺儀被證實速度慢而且容易有誤差。事實上室內的磁場干擾會使得軟陀螺儀無法使用。
MCU運行傳感器數據融合
我們看到一個明確的趨勢，那就是在智能手機中采用傳感器hub（用MCU運行傳感器數據融合）。背后的原因是，現在的傳感器總是開機狀態，應用處理器運行的傳感器數據融合算法需要大量功耗。博世傳感器發言人指出，目前的解決方案主要是使用獨立微控制器和傳感器組合接口。我們的BSX傳感器數據融合軟件向所有主流MCU廠商提供方案。此外，我們的還提供集成的傳感器HubBNO055，這是個九軸解決方案，集成了基于ARMCortexM0+的微控制器，并預裝了BSX.這是單封裝、真正的即插即用9軸傳感器數據融合解決方案。
MEMS傳感器大幅提升用戶體驗及性能
