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iPhone 4 MEMS傳感器技術詳細解析
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摘要: 近陣子由于iPhone 4走紅,許多媒體紛紛宣揚iPhone將引爆傳感器題材商機,在報導描述中也用上了熱門的技術名詞:微機電系統(MEMS),期望使題材能更熱。
關鍵詞: MEMS iPhone 4 傳感器
Abstract:
Key words :

近陣子由于iPhone 4走紅,許多媒體紛紛宣揚iPhone將引爆傳感器題材商機,在報導描述中也用上了熱門的技術名詞:微機電系統(MEMS),期望使題材能更熱。

文章用上MEMS傳感器的稱呼,使許多人以為iPhone 4內所用的傳感器全是用MEMS技術實現的,特別是許多蘋果粉絲,閱讀這類文章后也跟著在自己的部落格上宣揚這類題材,反而使歪述更為擴張。因此筆者期望藉此文說明一些傳感器技術,期望能讓已擴散的歪述有點約束。

微機電系統(MEMS)概述

在正式說明前,先讓我們了解何謂MEMS?關于此還必須先說明何謂IC?IC(Integrated Circuit)臺灣譯為集成電路,就是把電子組件(如電阻、電容、二極管、晶體管等)以及由組件構成的電路,不斷縮小其長寬尺寸與整體體積,功效仍舊相同,生產成本卻可以大幅降低。

更簡單說,就是把電子電路微型化,不斷微縮,但成本更低,且能讓電路更復雜精密,此亦是近年來俗稱的芯片。

好,IC、芯片就是電子組件、電路的微型化,但我們能否把機械組件、機械結構也微型化,功效依然相同成本卻大幅降低。是的,此即稱為微機械,與IC微電子概念相同。

進一步的,若把微電子與微機械結合在一起,就成了微機電,微電子與微機械結合的系統,就稱為微機電系統(MEMS)。

iPhone 4的傳感器技術

進入正題,iPhone 4到底用上了哪些傳感器呢?

1) 影像傳感器

簡單說就是相機鏡頭,由于只牽涉到微光學與微電子,沒有機械成份在里頭,即便加入馬達、機械驅動的鏡頭,這類的機械零件也過大,不到「微」的地步,所以此屬于光電半導體,屬于光學、光電傳感器。

2) 亮度傳感器

外界并不清楚iPhone 4用何種方式感應環境光亮度,而最簡單的實現方式是用一個光敏電阻,或者,iPhone 4直接用影像傳感器充當亮度偵測,也是可行。無論如此,此亦不帶機械成份,屬于光電類傳感器,甚至可能不是微型的,只是一般光學、光電傳感器。

3) 磁阻傳感器

簡單講就是感測地磁,這樣講還是太學名,感應地磁就是指南針原理,將這種地磁感應電子化、數字化,就稱為數字指南針(Digital Compass)。老實說,數字指南針技術比較偏玩具性,因為用來感測地磁的磁阻傳感器,很容易受環境影響(如高壓電塔旁、馬達旁),必須時時校正才有用。

磁阻傳感器目前沒有被視為熱門的MEMS組件,有些MEMS組件會追加整合磁阻感測能力(如ADI的產品,且目標應用是魚雷用途),但一般而言磁阻傳感器尚無迫切微型化的跡象。

4) 近接傳感器

近接傳感器的實現技術非常多種,可以是紅外線(例如便利商店的自動門、男生公共廁所的自動沖水器)、可以是超音波、雷射等,太多太多。同樣的,Apple沒講,我們只能亂猜或盡可能網搜,不過,近接傳感器也沒有迫切微型化的需要,不在熱門MEMS組件之列。

5) 聲波傳感器

學名聲波傳感器,俗名麥克風。是的,iPhone 4 為了強化聲音質量,使用2組麥克風與相關運算來達到降噪(降低噪音)的效果,這種技術稱為數組麥克風(Array MIC),事實上早在Apple實行之前,2004年Wintel就已經在PC上提出過,差別是Apple用于手機,Wintel用于PC。

麥克風需要微型化嗎?是的,需要,相當需要,且使用一個以上的麥克風,麥克風的體積縮小需求就更迫切,麥克風也牽涉到機械(聲波會使微型機械振動),并將機械振動轉換成電子信號,因此微型化的麥克風,是個不折不扣的MEMS傳感器。

6) 加速度傳感器

俗稱加速規、G-Sensor,可以感應物體的加速度性。事實上加速度傳感器的實現方式也是許多種,MEMS只是手法之一,用MEMS實現加速度傳感器確實是目前的趨勢。

加速度傳感器一般有「X、Y兩軸」與「X、Y、Z三軸」兩種,兩軸多用于車、船等平面移動為多,三軸多用于飛彈、飛機等飛行物。而不用多說,Wii遙控器也是用三軸,iPhone可以感應實體翻轉而自動對應翻轉畫面,也是靠這個傳感器。

7) 角加速度傳感器

更簡單講就是陀螺儀,陀螺儀實現技術有機械式與光學(紅外線、雷射)式,第六項的加速度傳感器比較能感測平移性,但對于物體有個軸心,進行角度性的移動,則其感應效果不如陀螺儀好,所以許多應用多半是混何使用加速度傳感器與陀螺儀,而今iPhone 4也從善如流。不過,iPhone 4確實是率先使用陀螺儀的手機。

結語

說了這么多,真的稱得上MEMS傳感器的,其實只有麥克風、加速度傳感器、陀螺儀等三個,其他的傳感器多是夸大延伸,不是不用微型化,就是根本沒用及機械技術。

不過,從整個iPhone發展歷程來看,iPhone的簡約感、流暢使用體驗等大體已定調,短期內難有更高作為,因此也開始走入一般產業的純規格、功效競賽,iPhone 4及后續機種能否靠高規格、先進傳感器而持續走紅,恐有待時間觀察與驗證了。

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