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陀螺仪传感器为何能使鼠标变得如此自由?

信息来源:chuandong.biz  时间:2011-03-14  浏览次数:284

  在Wireless?DesignLine网站编辑Jack?Shandle的建议下,我们最近对一款基于陀螺仪的鼠标进行了拆解。这款名为ProGo?Gyrotransport的鼠标是由Gyration公司生产的,价值150美元(其中包括一个Free?Space功能鼠标以及一个接在主机上的独立USB收发适配器中的1GB闪存驱动器)。对于不熟悉这类产品的人来说,它只是一个简单易用的基于自由空间移动和手势的定位和控制系统。在假象的平面上挥动鼠标,屏幕上的光标就会跟着移动,并可以绕着链接画圈和点击按键。当你正在演讲或离开桌子时,这些操作都能够很方便地实现。
  我不得不承认在一开始时遇到了一点小麻烦:因为我不能对两个按键同时操作,都准备要打支持服务电话了。不过随后我发现在为鼠标供电的AAA电池上的一张薄包装纸上清晰地印有使用说明。这有可能是设计疏漏或用户疏忽的缘故,不过解决了这个小问题后,剩下的操作就简单了。
  1GB闪存驱动器
  PC侧的小型USB收发器通过一条2.4GHz链路与鼠标进行通信,同时内置了1GB的NAND存储器。在待分析的部件中有一个Micron科技制造的MT29F8G08FABA?1GB?NAND封装,它在一个TSOP封装内堆叠了4个256MB的SLC?NAND芯片,这对这个已经非常方便的小鼠标来说起到了锦上添花的作用。为了使存储器可以充当闪存驱动器使用,由Cypress的CY7C68033?USB控制器来处理USB和存储器接口。
  连接控制器和存储器的是Cypress的CYWUSB6953?MCU,是它创建了与空中鼠标通信所需的一半2.4GHz无线链路。
  该鼠标由TI的混合信号MCU?MSP430F1232控制,它内置了8KB和256KB的闪存以及256B的RAM。
  在TI的DC/DC升压转换器旁,还有一个Cypress的CYWUSB6934?2.4GHz直接序列扩频(DSSS)无线SoC,它创建了另一半2.4GHz无线链路。
  虽然Cypress的无线USB器件在芯片领域中总是能给人以深刻印象,但鼠标中还有另一个同样吸引人的器件,那就是Gyration公司生产的MG1104陀螺仪模块。Gyration公司由Movea公司控股,Movea是由法国汤姆森公司分拆出来的公司,至今汤姆森公司还拥有少量该公司的股份。
  MG1104与我期望在今天的硅MEMS加速计时代看到的传感器有很大的差别,它的个头特别大。其尺寸接近大块糖果的模块(边长约14mm),内有许多半导体材料,但只是对陀螺仪传感器本身起辅助作用。陀螺仪的运作基于科里奥利效应(Coriolis?effect)的一些物理学基本原理。
  我很不愿意使用“基本原理”这个词,因为我很难理解陀螺仪的物理结构是如何应用这个原理的。关键点似乎是科里奥利效应能够从旋转速度和陀螺盘移动时的振荡中得出水平和垂直速度。
  该传感器是一个经过蚀刻的金属片,它由受驱动的中心点形成一个针对手指的复杂网络。初看起来,它极像与45rpm黑胶唱片一起使用的旧固套,能够在标准的LP轴上旋转(我知道我有点过时了)。这个金属片被耦合到形成基本振荡的驱动线圈,而独立轮辐似乎是用于另一种更复杂的振荡模式的监测点。我就像可怜的大学新生一样对此一知半解,但是我能给出的最好解释是,轮幅的第二种振荡模式在金属片的最初振荡形成搜寻加速时就会受到影响。
  也许实际工作原理与上述描述有些出入(衷心希望有读者来为我指正),但这种机械结构在结合某些信号处理时实际上是一个双轴加速的向量源。如此看来,Cadence为Gyration设计的这款定制IC同时控制了GYRC10433中的运放和ADC。Cadence的器件读取检测信号来获得加速数据,然后将它转换成模块可读的串行数字格式以进行运动控制。256B的EEPROM存储着用于模块的校准常数,可用来补偿任何制造性差异。
  无漂移操作
  最后,很聪明的一个步骤,就是通过悬挂陀螺仪的一组振荡隔离线圈为陀螺模块提供4个信号/电源连接,从而消除漂移和感应定位误差。
  虽然该产品专为使用PowerPoint的演讲人而设计,基于手势的控制概念已经扩展到了许多其他领域,包括基于PC的电视遥控器。事实上,如果能令你花约100美元去购买兼容WindowsMedia的GY3101A型通用遥控器,Gyration公司会非常高兴。这个面向消费类应用的小玩意采用了基本的Gyrotransport技术。
  值得一提的是,该产品的Free?Space核心功能专用的原始硅片面积比1GB的NAND存储器所需面积少了近6cm2。虽然Gyration产品的存储功能是为了提升吸引力的附加功能,但存储器的实际硅片面积有很大的值得商榷的余地。
  上述拆解分析只是表明,产品的强大功能往往来自相对较小的芯片,就像陀螺模块这种情况一样,产品的主要功能来自于与硅片没太大关系的部分。
 
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