当任天堂的Wii出现在大家眼前的时候，想必大家仍记得那打破传统的操作方式给游戏者所带来的震撼与惊喜。任天堂凭借此在2007年一举拿下了2100万部销量，直接推动了视频游戏产业的销售额也创纪录的达到了179亿美元。而其之所以如此成功，最主要的因素之一便是其所采用了以微机电系统（Micro Electro Mechanical Systems, 简称MEMS）技术为基础所构建的三轴加速感测器。MEMS技术是建立在微米/纳米技术基础之上，将机械构件、光学系统、驱动部件、电子控制系统集成为一个整体单元的微型系统。这种微电子机械电子技术与微加工技术相结合的制造工艺将可以制造出各种性能优异并且体积微小的传感器、执行器、驱动器以及系统单元。MEMS主要应用于汽车电子等市场，2007年由于Wii游戏机的成功，使得消费类电子市场开始垂青MEMS技术。MEMS技术进入消费类电子产品市场给该市场带来的将是什么样的改变呢？以及该技术所要面对的挑战会是什么？业界的发展现状如何？
MEMS可以分为加速计、陀螺仪、麦克风、压力传感器、振荡器……等几大类。目前在消费类电子市场认可度较高的是加速计、陀螺仪。本文开头将以这两个应用为切入点，叙述一下这两者的不同，以及最主要的是这两者给消费类电子市场从业者所带来的一些新的启发。
加速计，百尺竿头，更进一步
MEMS传感器技术在消费类电子应用当中的扩展应该归功于MEMS加速计。正是因为有了基于加速计的Wii的诞生，让市场认可了MEMS技术进入消费电子市场的可能。并且，随着工艺技术的不断进步，加速计器件的价格不断下降，同时功能上也从单一方向的单轴模式发展到了现在的3轴模式。基于加速计设计的一些消费类电子产品将成为2008年市场上面的亮点。
加速计的动作识别功能被广泛应用。我们日常生活中的走、跑、跳、使用手机、音乐播放器或摄像机等许多动作，都有其独特的动作模式。机器和设备（如工业电机、病人监控器和大型设备）自身内部也有独特的动作模式。使用加速计，我们可以检测这些独特的动作信号，而不再限于使用杠杆、按钮、开关、操纵杆，以及其它需要特定动作的手动控制机制。加速计可以作为新的用户接口，为我们提供自由的动作。比如，笔者所看到的，通过感侧手机掉落运动而及时启动磁盘驱动器保护；以用户上下或左右摇动手机来实现清除输入的指令（比如短信当中的删除）；以手机充当计步器再与GPS结合实现的“寻宝游戏”……当用户的操作体验从传统的按键、旋钮当中解放出来的时候，这些新型的应用创意是无穷无尽的。
由于消费类电子产品用户的操作完全不可预测，因此拥有X、Y、Z3轴的加速计必是大势所趋。并且我们也看到，随着开发技术和产品的发展，产业对于3轴加速计的市场定位也越来越清晰，处于上游的半导体厂商产品的创新也越来越贴近市场需求，Freescale、ST、ADI等国际巨头都对这一市场表现出极大的热情，在今年竞相推出功能类似的低g值的3轴加速度计产品。Freescale（中国）有限公司技术销售经理刘晟表示，三轴加速度传感器是今后消费电子产品发展的一个方向，据乐观估计，有望成为便携应用中的标准配置。
Freescale：Freescale推出采用0.8mm厚LGA封装加速计MMA7450L，提供I2C和SPI总线。除此之外还提供一系列嵌入特性，如阈值和脉冲或单击检测，可实现快速移动检测以及偏移校准，从而降低了对外部存储器的需求。MMA7450L可实现3个加速度灵敏度（2g、4g、8g）选择。Freescale的MEMS传感器设备旨在实现1.5g/6g （MMA7360L）、3g/12g（MMA7340L）和4g/16g（MMA7330L）的可选敏感度。对检测多个便携式应用的降落、倾斜、移动、放置、震动和摇摆来说，选择不同强度的多轴敏感度功能至关重要。MMA73x0L模拟输出传感器采用3mm×5mm×1mm的基板栅格阵列（LGA）封装。
ST Microelectronics：LIS344AL在一个封装内整合了一个强健的3轴MEMS传感器和一个CMOS接口芯片，不论设备的方位如何，3轴传感功能都能提供倾斜和运动的信息。LIS344AL能够在很低的噪声下估算加速度数值，功耗达到了市场最低水平，这个优点对于电池供电的便携系统至关重要。新加速计采用一个低成本的4mm×4mm×1.5mm塑胶封装，能够安装到多种空间受限制的应用设备里，紧凑而强固的外观设计使之能够承受高达10,000g的撞击强度。新传感器的全程输出范围±3.5g，内建一个自测试工具，准许用户检查传感器的机电部件工作是否正常。LIS344AL采用ST的ECOPACK无铅封装技术，符合欧洲有害物质限用法令（RoHS）。
ADI：ADI推出了3轴加速传感器ADXL330，这是基于iMEMS motion signal processing技术，具有经过认证的质量和可靠性，功耗方面比同类型低50%。ADXL330提供模拟电压输出的小量程、小外形、低功耗的特色，并且具有±2g测量范围，能够测量适合倾斜传检测应用的静态重力加速度，以及由运动、冲击或振动产生的动态加速度。可应用领域包括，带有运动检测和状态感知的手机以监视手机所在位置和被使用状况、硬盘保护系统的笔记本计算机和媒体播放器、可携式游戏机、数字相机等等。
陀螺仪，蓄力待发，奋起直追
陀螺仪可以精确测量角速度，从而判别物体的运动状态，是现代航空、航天、航海等工业广泛应用的一种惯性导航仪。近几年，陀螺仪在汽车的稳定控制、GPS、图像防抖等方面已有应用，预计陀螺仪的市场就将从2006年的4亿美元增长到2012年的12亿美元。
MEMS陀螺仪可以检测物体的运动状态，因此可以用于摄像机、照相机及运动传感游戏控制中用于消除图像的抖动。InvenSense的IDG-1000双轴陀螺仪已经被广泛应用到现在市场上面的数字视频以及数码相机和摄像机上；另外，在手机上可以通过MEMS陀螺仪检测手机状态，如果手机显示屏向下则自动切换至静音状态，想必商务人士应是很喜欢这样的功能的；Hewlett-Packard目前正在开发将会与该公司的MEMS加速计集成的MEMS陀螺仪。这个计划将利用HP喷墨打印头中采用的与电子学相结合的微流体专门技术。该公司预计将出现一个针对陀螺仪的消费电子利基市场，这种陀螺仪具有在手机、视频游戏和智能GPS系统中“推算位置(dead reckoning)”的能力；另外像是3D遥控、空中鼠标等应用也将是快速成长的领域。由于各种网络电视以及网络家庭媒体的风行，消费者将会希望有更方便、更便于操控的用户接口出现。相较于现有复杂的多按键遥控器，用空中鼠标及3D遥控器选择内容，只需要利用1或2个按键，就可以对选单目录进行操控。
陀螺仪市场在很多应用领域都呈现高速增长的趋势。除汽车电子稳定系统和GPS接收机外，行业分析家认为MEMS陀螺仪将会在消费电子市场出现高速增长，然而由于市场竞争的激烈使得陀螺仪与加速计之间引发争论，在未来的一到两年之内，这种竞争态势仍会存在，用陀螺仪与加速计实现相同的应用，这样殊途同归的现象仍会存在。两者在比拼价格优势的同时，作为陀螺仪的开发、设计者应更加着力于新兴应用的创新。毕竟陀螺仪侧重的是对于物体状态和物体角速度变化的测量。
手机市场，陀螺仪还是加速计？
毫无疑问，手机已经成为消费类电子市场里面一个重要的领域。回顾这几年消费电子市场，兼具功能性、用户规模与产品升级速度数个优势的非手机市场莫属。手机市场，个性化是其一大驱动力。酷和炫是消费者的主要诉求，当厂商们在外型（外壳）、音频视频、多而强大的功能上面拼尽心力的时候。MEMS技术的引入给人们带来新的想象力，那就是操作方式。因此也就无怪乎，MEMS两大技术——陀螺仪与加速计会战于此。
应用于手机的MEMS非常广泛，包含MEMS麦克风、3D加速器、RF被动与主动组件、相机稳定与GPS的陀螺仪、小型燃料电池与生化芯片等。这些MEMS产品对于手机新功能的实现起着关键作用。例如：取代ECM麦克风、新人机接口、灵敏度高的RF模块、新光学与影像拍摄功能、定位系统、身份认证、较长的电池寿命等。2005年全球手机MEMS元件应用市场规模约为1.6亿美元，预计2010年将超过10亿美元。MEMS将在手机中为一些功能提供动作感应能力，如无键拨号、通过倾斜手机来滚动电话簿和计步器功能……。
然而，消费电子产品是一个价格敏感的市场。因此价格因素将成为以加速计、陀螺仪为代表的MEMS组件进入的第一道难关。目前，InvenSense Inc.推出了一系列集成双轴陀螺仪，每轴价格目标不到1美元。而加速计方面，由Freescale推出的MMA73xxL系列3轴加速计价格为3.55美元左右，建议消费类产品批量不超过2美元。目前开来，3轴加速计的价格下降速度要快过陀螺仪，不过如果陀螺仪价格达到InvenSense公司那样的价格点，可能会引起手机厂商的兴趣。
一般而言，加速计感应线性动作。3轴加速计，如模拟器件公司(ADI)的ADXL330，被集成到了任天堂的Wii游戏机，感应3个平面上的线性动作。飞思卡尔半导体、意法半导体、Bosch Sensortec和Honeywell等公司也供应加速计。相比之下，陀螺仪用于感应围绕某个轴发生的旋转，与重力或线性动作无关。据InvenSense公司，与加速计不同的是，陀螺仪测量偏航或者斜度，因此其应用将在手机和游戏机、数字视频和数码相机稳定、3D遥控控制和“空气鼠标”(在空中挥手就可以控制屏幕上的光标)应用具有宝贵价值。
细心的读者应该也发现了这样一个问题，陀螺仪与加速计两者的工作原理明显不同却在相同的应用领域形成竞争的态势。然而从本质来看两者的技术并不相同，所以不应该构成直接的竞争关系的。基于此，笔者有理由相信待MEMS技术在消费类市场更加成熟以及设计人员尽情开发他们的想象力之后两者应是走向一种协同互补的关系。InvenSense公司的高管认为，加速计和陀螺仪最好在一起使用。InvenSense的创始人兼首席执行官Steven Nasiri表示：“陀螺仪是用来测量物体的角速度，而加速度计则是测量物体的线性加速度，两者的应用不同，所以本质上应该是互补关系，而不是相互竞争。如果能将双轴陀螺仪与三轴加速度计整合在一起，则能更完整的传感出物体的运动状态，为终端产品提供更好的性能。”试想，当有一天一个传感器可以感应到一个运动所产生的转动和线性运动的信息的时候，它又会刺激出怎样的新奇应用呢？
据悉到2008年末，InvenSense希望推出一种6芯片、6轴惯性测量单元，它将使下一代消费产品具备先进的动作感应能力。尽管成本仍然是关键问题，但这种产能有望在许多应用中打败加速计。在这一点上，利用InvenSense的双轴陀螺仪来加强3轴加速计，成本会很高而且需要较大的占位面积，但理论上它会提供更加全面的动作感应能力。而业内ADI则发布了一款ADIS16355惯性测量装置（IMU），该器件将3轴角速度感知与3轴加速度感知相结合，提供6自由度运动感知、嵌入式校准与传感器处理、以及传感器-传感器交叉补偿，并大大提高信号稳定性（使用偏移稳定性为0.015 deg/sec）。
结语
MEMS技术的引入将给这个市场带来一轮创新的风暴。MEMS是个大趋势，这个口号喊了20多年了，可受限于技术一直未见启动。现如今随着加速计、陀螺仪等器件的价格和体积的不断降低，MEMS市场缺的便只有创意了。联想2007年Freescale举办的第六届设计大赛。里面的参赛选手基于飞思卡尔MC9S08QG8CPBE 8位微控制器和MMA7260QT低量程3轴向加速度传感器所提交的设计方案真令笔者感到意外，许多创意甚至极具市场潜力。
消费电子市场一直在喊着“升级、换代”但是以笔者之见，MEMS技术的加入应该要划成一个里程碑式的注脚。由此之后的设计将令到一些从未见过的产品出现，甚至一些被淘汰的产品也会迎来第二次的风行。这些谁知道呢？只要你敢去想。
