LBS、AR、個人導航應用發燒　多軸MEMS感測器成行動裝置整合重點

3軸陀螺儀可因應行動裝置的基本空間感測應用需求。ST

Apple iPhone、iPod Touch將MEMS加速度計、方向感應器、光感應器等多重MEMS感測元件列為標準配備後，行動裝置整合感測技術的多樣化形式，為產品應用增添更多想像，而近來iPad 2追加3D空間感測更精確的MEMS陀螺儀，行動裝置下一步整合的重點元件，當非MEMS壓力計莫屬...

微機電系統(Microelectromechanical systems；MEMS)感測元件應用於行動裝置蔚為風潮，因為在MEMS元件的整合優勢下，讓原本不易輸入文字或透過大量按鍵進行控制、設定的行動裝置，可使用更直覺的傾斜、搖動或是變換方向去產生同步的輸入指令，令遊戲或系統出現對應的應用形式。透過MEMS的協助，的確可讓行動裝置在操作方面變得更直覺、有效率，這種整合模式在Apple iOS Device產品上獲得證明，是讓產品更便於使用的關鍵。

尤其是任天堂Wii遊戲機、Apple iPhone掀起MEMS陀螺儀、加速度計的應用熱潮，隨後推出的iPad與iPad 2還將MEMS感測器應用觸角延伸至CE產品，但就單純的方位、角度、晃動或環境光感應，裝置感知應用環境的能力基本上還是相當薄弱，特別是方向、3D空間環境與高度等感測資訊，以前述的基本感測功能，仍屬較難達成的範疇。

這對於近期持續加溫的個人導航、定址服務(location-based service；LBS)、擴增實境(Augmented Reality；AR)進階應用來說，光靠GPS的定位資訊來解析環境位址仍會出現精度限制，行動裝置必須整合更豐富的感測元件，才能實現具市場價值的LBS、AR等前衛應用。

多軸加速度計感測器、陀螺儀MEMS元件

現有的行動裝置應用趨勢，大多採3軸設定的感測器為應用主流，一來此類MEMS元件的良率與耐用度較高，二來其成本也相對較低。但實際應用場合中，3軸設定的MEMS感測器僅能算是對空間具基本的感測能力，在精確度方面因為沒有可供參照比對的數據，通常會發生較難克服的應用誤差問題。

提升多軸MEMS元件的空間感測能力，最直接的方式就是改用更多軸的元件，目前MEMS元件業者，大多已提出6軸以上的MEMS感測器，藉由更多組的感測數據參照來提升空間感測的精確性，尤其在實務應用中更可提高終端產品的使用效益。

多數主攻智慧型手機應用的MEMS元件業者，目前主要運用的為單軸、雙軸加速度計，或同時加入3軸數位與模擬加速度計產品。現有的3軸感測解決方案，部分元件也有提供增強特性及改進的元件技術，尤其在元件的TDP功耗表現，如要求極低電流消耗或更嚴苛的感測偏移補償等設計。

在MEMS技術持續發展下，元件的尺寸、功耗表現每每有突破性的進展，例如6軸加速度計的應用技術具更高的效能水準，與現有主流的3軸感測不同，3軸感測可讓裝置偵測基本手勢與方位，若是採6軸水準的感測器，則可實現更高精度的手勢、位置偵測。

應用面的不斷驅動，使MEMS感測器的單價成本持續壓縮，而MEMS元件的市場滲透率不斷提升，尤其在中、高價位的CE產品甚至把MEMS元件列為標準配備。從成本的角度觀察，目前的3軸感測器元件，成本約在3美元上下，除非是中、高階產品的功能需求，才會選擇導入，而陀螺儀之類更高精度的感測元件，以智慧型手機、高階平板電腦應用為主，至於一般用途的電子羅盤、慣性感測器，則使用較為普遍。

多軸感測器良率與可靠性 深受考驗

目前MEMS元件多採功能性的單一元件設計，但隨著單一終端產品整合的MEMS功能越來越多，因而產生讓多種MEMS元件以封裝技術進行功能整合的應用形式，同時也可因應CE產品尺寸持續縮小、PCB空間有限的應用限制。一般的多軸感測器，大多是將加速度計、陀螺儀、電子羅盤...等MEMS元件透過系統級封裝(System in Package；SiP)技術整合成單顆元件，以滿足生產應用需求。

但多軸感測器雖在應用上有諸多優勢，實際開發與量產時，卻會出現較大的良率損耗問題，如果內嵌的單顆功能元件故障，將導致整顆MEMS元件損毀，因良率問題影響，目前多軸感測產品在價格方面仍未具產品優勢，礙於成本因素，市面多款智慧型手機所內建的MEMS感測器，多數仍採分離式的單顆元件進行整合。

因應室內導航需求 壓力計感測器將成智慧型手機重點功能

在行動APPs應用方面，LBS、步行導航/個人導航(Personal Navigation System)、AR應用已經成為熱門技術賣點，以現有CE裝置所使用的感測架構，會在因應LBS、AR或步行導航時因為感測精度限制，影響其功能的實用性。

以導航應用必備的GPS定位技術為例，由於室內環境較難接收GPS定位訊號，且室內導航容易發生地形、地物阻礙GPS定位信號收訊問題，實務上必須透過MEMS感測器來進行定位，尤其在APPs端若有室內地圖圖資或高精度的步行導航圖資應援，透過壓力計則可以獲得精確的環境高度資訊，搭配地磁感測器(Geomagnetic Sensor)，即可提供基本的步行導航功能，透過壓力計感測數據，更可實踐不同樓層地圖圖資切換的應用形式。

以步行導航、室內導航應用來說，裝置感測的水平方向出現錯誤，通常不會影響導航效果，因為使用者可以自行判斷環境並察知正確的水平方向，但較大的問題是，若垂直高度資料有誤，則導航軟體導入的樓層圖資將出現誤差，造成APPs無法判別現存樓層而失去步行或室內導航的應用價值，進而無法實現更具未來性的3D室內導航應用。

目前針對CE推出的壓力計MEMS，為透過MEMS技術製成的數位壓力感測元件，已可精準測量裝置周邊的氣壓變化！以Bosch　Sensortec生產的壓力感測器為例，封裝後的MEMS尺寸為3.6mm × 3.8mm × 0.93mm，待機功耗僅0.1微安培，感測氣壓的相對精確度可達±0.12hPa。ST則以整合地磁感測器、陀螺儀、壓力計的10個自由度(Degrees of Freedom；DoF)完整MEMS感測元件解決方案，提供完整線性動作、角速度、磁場變化、現有高度等感測數據，以捕捉精確的3D參考位置。