苹果iPhone 4 MEMS传感器技术

iPhone 4 MEMS 传感器技术详细解析 近阵子由于 iPhone 4 走红，许多媒体纷纷宣扬 iPhone 将引爆传感器题材商机，在报导描 述中也用上了热门的技术名词：微机电系统（MEMS），期望使题材能更热。 文章用上 MEMS 传感器的称呼，使许多人以为 iPhone 4 内所用的传感器全是用 MEMS 技术 实现的，特别是许多苹果粉丝，阅读这类文章后也跟着在自己的部落格上宣扬这类题材，反 而使歪述更为扩张。因此笔者期望藉此文说明一些传感器技术，期望能让已扩散的歪述有点 约束。 微机电系统（MEMS）概述 在正式说明前，先让我们了解何谓 MEMS？关于此还必须先说明何谓 IC？IC（Integrated Circuit）台湾译为集成电路，就是把电子组件（如电阻、电容、二极管、晶体管等）以及由 组件构成的电路，不断缩小其长宽尺寸与整体体积，功效仍旧相同，生产成本却可以大幅降 低。 更简单说，就是把电子电路微型化，不断微缩，但成本更低，且能让电路更复杂精密，此亦 是近年来俗称的芯片。 好，IC、芯片就是电子组件、电路的微型化，但我们能否把机械组件、机械结构也微型化， 功效依然相同成本却大幅降低。是的，此即称为微机械，与 IC 微电子概念相同。 进一步的，若把微电子与微机械结合在一起，就成了微机电，微电子与微机械结合的系统， 就称为微机电系统（MEMS）。 iPhone 4 的传感器技术 进入正题，iPhone 4 到底用上了哪些传感器呢？ 1) 影像传感器 简单说就是相机镜头，由于只牵涉到微光学与微电子，没有机械成份在里头，即便加入马达、 机械驱动的镜头，这类的机械零件也过大，不到「微」的地步，所以此属于光电半导体，属 于光学、光电传感器。 2) 亮度传感器 外界并不清楚 iPhone 4 用何种方式感应环境光亮度，而最简单的实现方式是用一个光敏电 阻，或者，iPhone 4 直接用影像传感器充当亮度侦测，也是可行。无论如此，此亦不带机 械成份，属于光电类传感器，甚至可能不是微型的，只是一般光学、光电传感器。 3) 磁阻传感器 简单讲就是感测地磁，这样讲还是太学名，感应地磁就是指南针原理，将这种地磁感应电子 化、数字化，就称为数字指南针（Digital Compass）。老实说，数字指南针技术比较偏玩具 性，因为用来感测地磁的磁阻传感器，很容易受环境影响（如高压电塔旁、马达旁），必须 时时校正才有用。 磁阻传感器目前没有被视为热门的 MEMS 组件，有些 MEMS 组件会追加整合磁阻感测能力 （如 ADI 的产品，且目标应用是鱼雷用途），但一般而言磁阻传感器尚无迫切微型化的迹 象。 4) 近接传感器 近接传感器的实现技术非常多种，可以是红外线（例如便利商店的自动门、男生公共厕所的 自动冲水器）、可以是超音波、雷射等，太多太多。同样的，Apple 没讲，我们只能乱猜或 尽可能网搜，不过，近接传感器也没有迫切微型化的需要，不在热门 MEMS 组件之列。 5) 声波传感器 学名声波传感器，俗名麦克风。是的，iPhone 4 为了强化声音质量，使用 2 组麦克风与相 关运算来达到降噪（降低噪音）的效果，这种技术称为数组麦克风（Array MIC），事实上 早在 Apple 实行之前，2004 年 Wintel 就已经在 PC 上提出过，差别是 Apple 用于手机，Wintel 用于 PC。 麦克风需要微型化吗？是的，需要，相当需要，且使用一个以上的麦克风，麦克风的体积缩 小需求就更迫切，麦克风也牵涉到机械（声波会使微型机械振动），并将机械振动转换成电 子信号，因此微型化的麦克风，是个不折不扣的 MEMS 传感器。 6) 加速度传感器 俗称加速规、G-Sensor，可以感应物体的加速度性。事实上加速度传感器的实现方式也是许 多种，MEMS 只是手法之一，用 MEMS 实现加速度传感器确实是目前的趋势。 加速度传感器一般有「X、Y 两轴」与「X、Y、Z 三轴」两种，两轴多用于车、船等平面移 动为多，三轴多用于飞弹、飞机等飞行物。而不用多说，Wii 遥控器也是用三轴，iPhone 可 以感应实体翻转而自动对应翻转画面，也是靠这个传感器。 7) 角加速度传感器 更简单讲就是陀螺仪，陀螺仪实现技术有机械式与光学（红外线、雷射）式，第六项的加速 度传感器比较能感测平移性，但对于物体有个轴心，进行角度性的移动，则其感应效果不如 陀螺仪好，所以许多应用多半是混何使用加速度传感器与陀螺仪，而今 iPhone 4 也从善如 流。不过，iPhone 4 确实是率先使用陀螺仪的手机。 结语 说了这么多，真的称得上 MEMS 传感器的，其实只有麦克风、加速度传感器、陀螺仪等三 个，其他的传感器多是夸大延伸，不是不用微型化，就是根本没用及机械技术。 不过，从整个 iPhone 发展历程来看，iPhone 的简约感、流畅使用体验等大体已定调，短期 内难有更高作为，因此也开始走入一般产业的纯规格、功效竞赛，iPhone 4 及后续机种能 否靠高规格、先进传感器而持续走红，恐有待时间观察与验证了。