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ST掀起消费性电子的人机介面新革命

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感测器,逐渐朝向主动式操控Active Remote Controller遥控的设计…

    面对这么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介面,运用到既有的人机介面的感测器技术,就形成业者要挑战的课题。
 
    郁经理将目前人机介面应用的感测技术,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环境感测等5大类。而ST开发的S-Touch FingerTip 触控感测晶片,是应用上述5大人机介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触控晶片,采类比前端电路(Analog Front-End;AFE)的设计,保有全区域类比触控感测性与资料量累计特性,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间隙的标准触控萤幕、0.3~0.75mm间隙或无间隙的On-cell外挂式触控萤幕皆可以运用。

    ST目前已量产供应可侦测288触控分割区╱节点的STDT05晶片,以及STMT05多点触控晶片,两者均主打萤幕尺寸在4.3吋以下的手机╱MID装置的触控应用。 STDT05支援电阻式两点触控功能,并可搭配内嵌模组(On-Cell)支援,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,可同时支援10点触控,最大支援触控萤幕尺寸达5英吋;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,达到手笔兼吃的感测功效。 STMT05晶片目前提供7x7mm QFN56以及3x3mm FBGA49两种封装,也可搭配内嵌触控模组(On-Cell)制程技术的IP授权支援。

    在2011年第2季将推出针对7吋以下的智慧型手机╱平板电脑触控应用的STMT06晶片,以及针对7~12吋平板电脑触控应用的STMT07单晶片。 STMT06支援到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单晶片更支援高达768个触控分割区╱感应点,具备低功耗、高速、高解析度的高噪讯比触控感测功能,提供形状辨识(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感测器

    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(压力感测器)、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,开发喷墨印表机的细微喷墨头,随后从2005年运用MEMS技术开发侦测硬碟振动的感测器踏入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年手势应用进入行动装置市场,2009年切入数位相机,到2010年Apple iPad平板电脑,就使用ST的三轴加速仪(3Axis Accelerometer)晶片。

    ST动作感测器家族有提供三轴向陀螺仪L3G4200D晶片、结合三轴加速计与三轴向磁力仪所组成的六轴向数位罗盘的LSM303DLM、LSM303DHC模组,三轴向加速仪LIS3DH晶片,以及绝对值压力感测器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位元资料FIFO缓冲区设计,能感测±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位元资料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陀螺仪晶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感测量仅2%,3公斤以下外力干扰时仍维持感测数据稳定性的特质。

    ST的LSM303DLM、LSM303DHC数位罗盘晶片模组,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介面。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,搭配既有的地磁场资料库,计算出感测器所在的方位。

    LPS001WP高解析压力感测晶片,晶片外观为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位元资料FIFO缓冲区设计,可感测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、气压计或智慧型手机感应手指压力的感测装置。

    整合多轴向感测器为未来趋势深化各种领域的应用

    郁经理指出,目前这些感测器晶片,已广泛应用在3C消费性电子、行动装置、机器人、直升机、汽车电子(如ABS防锁死煞车系统)、游戏机、导航机等领域;另外像加速仪晶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位罗盘的功能。 ST也提供开放性系统开发工具(SDK),增强并延伸所有人机介面应用的发展。

    未来,将会有更多轴向感测器的出现以及整合的趋势。像ST就提出能提供10个感测轴向的感测器整合解决方案─iNEMO模组。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单轴向气压感测器等晶片,于1个ST iNEMO感测模组。

    ST iNEMO具备9轴向A+M+G加速度、磁通量与移动旋转角度的感测能力,并提供完整的输出图形介面、感测器韧体函式库、先进的感测器融合演算法则,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滑鼠或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,以及人体移动感测作为医学上的健康照顾用途等等。

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