掀起消费性电子的人机界面新革命
- DIGITIMES企划
-
意法半导体(ST)技术行销经理郁正德先生表示，无论是Smart TV或3C消费性电子产品等，终将朝向家庭云端应用，像是在居家各种不同的装置之间分享Apps、视讯、音乐与图片甚至对外开放，而显示技术也搭配新的人机动作传感器，逐渐朝向主动式操控Active Remote Controller遥控的设计...
面对这麽多不同装置之间的视讯画面切换需求，例如把iPhone、iPad或其他Tablet平板电脑当遥控器，来遥控家中电视、电脑，甚至借助WHDI无线高画质显示技术，直接把iPhone、iPad视讯影像投射到电视机或投影机播放出来。如何设计一个好的人机界面，运用到既有的人机界面的传感器技术，就形成业者要挑战的课题。
郁经理将目前人机界面应用的传感技术，归纳成Touch Sensing(触控感应)、Tactile Feedback(触觉回馈)、Motion Control(动作控制)、Voice and Sound(语音控制)、Sensors环境传感等5大类。而ST开发的S-Touch FingerTip 触控传感芯片，是应用上述5大人机界面技术中的触控感应以及触觉回馈技术，具备自主专利科技、低功耗、抗水渍、无须额外搭配元件、小尺寸封装等特性，全系列提供两点到多点触控的投射式电容控制功能。
多样式的触控解决方案 从手机到平板应用一应俱全
ST的S-Touch FingerTip触控芯片，采类比前端电路(Analog Front-End；AFE)的设计，保有全区域类比触控传感性与数据量累计特性，并提供高达8KV HBM模式下的静电防护能力；内嵌32位元RISC架构处理器核心并内嵌ROM与RAM的设计，可应付复杂的触控演算法、手势应用以及客户订制化的需要；同时针对一般标准0.1~1mm间隙的标准触控屏幕、0.3~0.75mm间隙或无间隙的On-cell外挂式触控屏幕皆可以运用。
ST目前已量产供应可侦测288触控分割区╱节点的STDT05芯片，以及STMT05多点触控芯片，两者均主打屏幕尺寸在4.3寸以下的手机╱MID装置的触控应用。STDT05支持电阻式两点触控功能，并可搭配内嵌模块(On-Cell)支持，在成本上可取代一般廉价电阻式触控技术。STMT05则提供低功耗、高效能且高噪讯比(88:1)的多点触控功能，具备各自独立的水平X、垂直Y轴向触控追踪，可同时支持10点触控，最大支持触控屏幕尺寸达5英寸；亦可做到多根手指头的多点触控，以及用笔尖宽度1mm之内的笔来书写时，感应到书写时的细微电容感应变化量，达到手笔兼吃的传感功效。STMT05芯片目前提供7x7mm QFN56以及3x3mm FBGA49两种封装，也可搭配内嵌触控模块(On-Cell)制程技术的IP授权支持。
在2011年第2季将推出针对7寸以下的智能手机╱平板电脑触控应用的STMT06芯片，以及针对7~12寸平板电脑触控应用的STMT07单芯片。STMT06支持到384个触控分割区╱感应点，具备低功耗、接近感应(Proximity sensing)、手势(gesture)功能，提供SPI与I2C以及自我检测功能(Self sensing)；STMT07单芯片更支持高达768个触控分割区╱感应点，具备低功耗、高速、高分辨率的高噪讯比触控传感功能，提供形状识别(Shape recognition)、SPI与I2C以及自我检测功能(Self sensing)。
运用微机电技术的动作传感器
微机电(Micro-Electro-Mechanical System；MEMS)是一种运用IC制程制作具备电子与机械动作的微小装置。大致上MEMS是具备小尺寸、微型比例，阵列、多功能、整合机械与电子动作原理，以及移动的零件与媒体4大特性的一种科技。众所皆知的微型耳机╱麦克风，就是隶属于MEMS产品的范畴。
郁经理指出，ST在微机电领域有Magnetometer(磁力仪)、Gyroscope(陀螺仪)、Microphone(麦克风)、Pressure sensor(压力传感器)、Accelerometer(加速计)等产品。ST在微机电市场领域耕耘已久，起初也是从研究单位，开发喷墨打印机的细微喷墨头，随后从2005年运用MEMS技术开发侦测硬盘振动的传感器踏入PC领域，推出相关MEMS产品；到2006年踏入游戏领域，2007年正式进入手机市场；2008年手势应用进入移动设备市场，2009年切入数码镜头，到2010年Apple iPad平板电脑，就使用ST的三轴加速仪(3Axis Accelerometer)芯片。
ST动作传感器家族有提供三轴向陀螺仪L3G4200D芯片、结合三轴加速计与三轴向磁力仪所组成的六轴向数码罗盘的LSM303DLM、LSM303DHC模块，三轴向加速仪LIS3DH芯片，以及绝对值压力传感器LPS001Wx。像LIS3DH三轴向加速仪，工作电压1.7~3.6V，最低待机模式下仅2微安培(μA)，内建96阶16位元数据FIFO缓冲区设计，能传感±2g/±4g/±8g/16g到最高±16G的加速度范围。
ST的L3G4200D三轴向陀螺仪同样内建96阶16位元数据FIFO缓冲区设计，可侦测到±250/±500/±2000/每秒角速度范围，郁经理宣称ST的L3G4200D陀螺仪芯片与其他竞争对手相较，在每℃偏移误差低于0.04dps，全工作温度累计偏移传感量仅2%，3公斤以下外力干扰时仍维持传感数据稳定性的特质。
ST的LSM303DLM、LSM303DHC数码罗盘芯片模块，封装大小为3mm x 5mm x 1mm LGA14。每个轴向感应的磁通量最高到8.1高斯，且三轴向加速度侦测量最大达到±16g，并提供I2C界面。它运用地球大地磁场的磁通量密度约0.5~0.6高斯，以3个轴向的磁阻感应方式，感应磁场强度，并搭配另外3个轴向的加速度感应量，搭配既有的地磁场数据库，计算出传感器所在的方位。
LPS001WP高解析压力传感芯片，芯片外观为3mm x 5mm x 1mm，HCLGA-8封装工作电压为2.2~3.6V，具备10公斤内建96阶16位元数据FIFO缓冲区设计，可传感300~1,000 mbar(毫巴)压力、20倍过压防护，以及80cm高度气压差的检测能力，可作为高度计、气压计或智能手机感应手指压力的传感装置。
整合多轴向传感器为未来趋势 深化各种领域的应用
郁经理指出，目前这些传感器芯片，已广泛应用在3C消费性电子、移动设备、机器人、直昇机、汽车电子(如ABS防锁死煞车系统)、游戏机、导航机等领域；另外像加速仪芯片也可应用在健身减肥用途，例如设计成绑在手腕上的体动侦测计，以侦测运动者的振动量、速度量来计算卡路里的消耗；运用加速计与压力计组合出高度计(Altimemter)，加速计加上磁力仪创造出数码罗盘的功能。ST也提供开放性系统开发工具(SDK)，增强并延伸所有人机界面应用的发展。
未来，将会有更多轴向传感器的出现以及整合的趋势。像ST就提出能提供10个传感轴向的传感器整合解决方案─iNEMO模块。它结合6轴向LSM303DLH(三轴加速仪+三轴磁力仪)、LPR430AL三轴向陀螺仪、LY330ALH偏量陀螺仪，与LPS001DL单轴向气压传感器等芯片，于1个ST iNEMO传感模块。
ST iNEMO具备9轴向A+M+G加速度、磁通量与移动旋转角度的传感能力，并提供完整的输出图形界面、传感器韧体函式库、先进的传感器融合演算法则，可作为游戏与娱乐的广泛应用，例如追踪偏移、旋转、投掷各轴向运动的体感侦测器、3D鼠标或3D游戏摇杆，内建于导航机、手机提供地图方位标示╱导航功能的定位服务，以及人体移动传感作为医学上的健康照顾用途等等。
