微機電MEMS元件在行動裝置的應用趨勢

BOSCH製作的MEMS元件，體積僅與一個水滴相當。(BOSCH)

微機電系統(MEMS)，是利用微米級立體構造實現感測動作、執行功能的一種關鍵技術，在熱門行動裝置中，如iPhone、iPad、Android等行動裝置中，大量使用於感測裝置的3D動態或是環境資訊，可整合個人導航、遊戲娛樂等多項應用，是目前相當重要的技術項目。

MEMS技術持續發展精進，讓相關元件體積持續縮小、性能表現提升，因為小巧的MEMS具備整合於PCB的小型化優勢，讓其相關應用設計出現新的整合優勢。

如iPhone、iPod Touch與iPad大量的應用感測控制基礎，全都建構在地磁感測MEMS、多軸加速度計...等MEMS元件整合，除Apple大量運用外，相關行動裝置也相繼採行類似設計，創造新的應用方式，以提高產品的附加價值，本文將介紹常見MEMS類型與其市場應用現況。

段標：MEMS陣列式麥克風 可輕鬆整合於設計案中

行動裝置大量應用與語音溝通相關，如網路會議、網路視訊溝通、VoIP...等，但這類行動裝置設計中電子電路可供設計的空間就相對小許多。

好的麥克風收音系統必須要有高感度的麥克風搭配簡潔走線，語音線路必須避開高頻無線裝置或是處理器，但通常行動裝置的可用空間相對小，也無法提供良好的布線設計，在類比麥克風的設計上會得到相對表現較差且品質相對差的設計結果。

行動裝置改用MEMS陣列式麥克風，將會是更好的選擇。由於這類MEMS麥克風通常採取脈衝密度調變PDM輸出，傳輸過程不用擔心高頻或電源訊號干擾，線材也不需要過度要求，用一般PCB布線就能滿足設計，不用擔心不穩定的電源造成收音惱人的的嗡嗡聲。

段標：加速度感應器應用多元 進階行動裝置均有搭載

可感測空間動態的三軸加速度感應元件，多用於計步器、健康監測器裝置，計步器的功能在整合上因為三軸加速度感應器MEMS元件體積相當小，開發者只要在較空的PCB位置安置元件，即可讓行動裝置具備計步整合管理健康資訊功能。

加速度感應器在個人導航裝置PND也是相當重要的功能模組，因GPS定位功能容易被建築物阻隔限制。

若搭配三軸加速度感應器模組，可以感測攜帶或車輛運行，進而判斷行進方向與路徑，實務已具備實用水準，可以輔助當導航系統失去GPS衛星訊號維持導航應用正常運作。

段標：MEMS陀螺儀元件

陀螺儀是一種可以持續量測一個軸線或多軸線的運動角速度，陀螺儀可用來搭配三軸加速度感應器的不足之處，只要搭配三軸加速度感應器，軟體或系統開發人員就能有足夠的訊息可量測空間資訊！若能搭配人機介面，例如遊戲或是虛擬實境的系統，可提供更強的導航系統或實踐更精密的應用功能實踐。

陀螺儀的MEMS內部設計，核心元件是一個經過微加工之機械元件，利用科裏奧利原理把角速率轉換成特定感應結構直向位移，進而取得變化量資訊。

陀螺儀的設計很容易受周邊震動、雜訊干擾，一般MEMS元件會搭配差分放大系統，讓輸出數值的精確度進一步提升。MEMS陀螺儀視其需求的精密度等級分一至三軸設計，應用範圍相當大。

段標：MEMS地磁感應器

地磁感應器可讓裝置具備辨識方位能力！地磁感應可以用於個人的電子地圖，當裝置轉向時地圖也可以同步變化，也可與擴增實境AR應用整合，甚至更精確的地磁感應器還可偵測多軸向的地球磁場強度，提供電子羅盤或強化導航功能精確度。

現有的地磁感應MEMS晶片技術，以各向異性磁阻AMR感測器發展最受關注，各向異性磁阻AMR設計可達到高空間解析能力、高精密度特性，功耗相對其他解決方案更低，可在感知裝置位處的地磁狀態又可以維持極低功耗運作。

段標：MEMS低功耗設計

MEMS元件也相當重視功耗問題，近代的MEMS元件，多半搭配內嵌電源管理功能！當設備本身不需要感測功能，元件會進入休眠狀態，部分元件可以關閉整個元件耗電，節省不必要的能源消耗。

以MEMS陀螺儀元件為例，多軸或高精度感測水準的MEMS功耗相對較高，系統可在不需要陀螺儀的應用項目關掉對應功能以進行節電，而元件自深層休眠切換至正常狀態轉換時間相對也較短。