揭开微机电(MEMS)传感器在手持式产品设计中的面纱
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这些小小的传感器能加强手持式装置的智能感应和操控性能，过去数年在世界上产生了巨大影响。除了用途广泛的加速度传感器，微机电制程所生产的传感器还扩大到其他类型的传感器，包括陀螺仪、压力传感器和高度计等。这些传感器已逐渐成为各种手持式装置内操作系统的关键构件，但是它们却各有各的挑战，需要传感器供货商去解决。消费应用推升了传感器的需求
消费电子产品将继续提高传感器的广泛使用，进而实现众多的智能和实用功能，例如屏幕旋转、姿式判别和用户接口控制。
有了加速度传感器，只需敲击一下或者连续敲击两下智能手机，便可移动输入行的光标，给家里打电话，或是听取语音留言。姿式判别可让使用者利用他们的智能手机、平板计算机或网络电视控制器来取代原有的各项机械键控制功能。电视游乐器中的控制器是微机电传感器应用中最热门的市场，透过使用陀螺仪和加速度传感器，它能带来更刺激、更逼真的游戏体验。
个人导航中一个小应用是使用传感器来计步(即计步器)，但是传感器本身却有着更复杂的任务，才能达到精准的全球定位。于是，一种常见的传感器组合(图1)便应运而生
用于这些电子系统。这其中包括三轴加速度传感器、磁传感器、陀螺仪，甚至还有压力计，用于增强全球定位或移动定位服务解决方案。举例而言，加速度传感器、磁传感器和陀螺仪三者配合，可以提供多种格式的俯仰角、横滚角和方向角的数据，而加入压力计后，连高度的数据都可以测得。因此，各大厂商都希望能更快速，生产更有效率且俱有价格优势的多功能组合式传感器，一场较量就此展开。
整合的挑战
要把加速度传感器(在手持式装置和移动操作系统(Os)中使用最多的微机电传感器)与陀螺仪、磁传感器合而为一，这个过程充满挑战。举例而言，加速度传感器可轻易测量静态的俯仰角和横滚角方向，但却有高噪音、动态侦测等方面的局限。在移动或旋转时，陀螺仪和磁力计能配合来过滤掉部份噪音，但这却是以牺牲反应速度为代价的，因为过度的过滤会产生明显的迟滞。
磁传感器可提供绝对的航向参考，用处很大，但它也有一些局限。它能测量X、Y、Z磁场强度，常用于校正陀螺仪的方向角。然而，磁传感器容易受到局部磁场的干扰，反应速度往往慢于其他的动态传感器，并且有着PCB(印刷电路板)layout上的限制。
陀螺仪可测量转角速率(度／秒)而不受角度影响，其反应十分快速而平稳，需要整合来实现高速工作。因此，时间间隔和参考值很关键。另外，由于陀螺仪是属主动传感器，所以耗电量相当高。
压力计透过测量大气压力来确定高度，对移动定位服务十分有用，例如在建筑物内部。
所有这些传感器都有自身的优势和劣势，而透过传感器组合，可令它们各司其职，用于移动系统。陀螺仪可测量X、Y、Z方向角：
磁传感器可在加速度传感器帮助下，
测定你的装置相对于磁北的方向：而加速度传感器则可提供重力数据和线性加速度。透过适当的多任务传感器，你便能区分所持装置的方向，并换算为三度空间数据。
多任务传感器与移动操作系统
多任务传感器的作用是转换来自多个传感器的原始信号，创造出更为实用的新型传感器。这些新型传感器可以用四元数、旋转矩阵或欧拉形式来表达方向，亦可显示产生于输入线性加速度(input liinearacceleration)的地球引力差异。在操作系统中，这些新型传感器需透过应用程序编程接口(APl)传输数据，并可供应用程序开发者使用。此方法要求透过API来传送原始的加速度数据、速率或航向，而且要求应用程序开发者掌握其中的原理。
不论是Google Android、Microsoft Windows或是Apple iOS，每种移动平台都有自身的传感器组合挑战，唯有克服这些难关，才能把传感器功能和用户体验发挥到极致。多种多样的平台，意味着软件层和传感器接口也是各有不同。有鉴于此，诸如K‘ion‘lx等传感器公司通常会尽早取得开发硬件和软件，以期制作适合各种平台的驱动程序解决方案。之后，我们会与客户及其技术伙伴，针对装置硬件、嵌入式算法和软件应用，以及操作系统平台共同合作。
传感器供货商的观点
传感器现已成为电子装置设计和作业中必不可少的组成部份，Kionix的工程师们正集中全力研究其中的挑战并制定解决方案。Microsoft Windows
Microsoft Windows的诸多优势众所周知，它提供了一个广泛使用的应用开发平台，代码可以自由重复使用，让许多人都可以熟练地进行开发。然而，缺乏支持I2接口却是一个严重缺陷。
传感器常局限于USB形式，对于加速度传感器搭配低电流专用USB节点的设计来说，
缺点尤为明显。由于传感器通常位于Windows系统层的底部，所以很难把传感器数据向上传递到PC。
Windows传感器软体层
应用(图2)。采用12C或SPI时，需要一个额外的处理装置来初始化所有传感器，并把它们的数据传递到Windows传感器框架，这就是”USB人体学接口装置”。
Google Android
Kionix传感器同样位于Google And roid软件层的底部。
不过，此平台可透过应用处理器的整合南桥，很方便地提供本机I2c支持(图3)。目前已有许多I2c迭代和现成可用的源代码范例，但是随着Android的加速发展，开发者的侧重点是与And roid的构建保持同步，并在新的硬件开发工具包之后获得这些工具包。
值得高兴的是，Google的操作系统是在广泛的装置上运行，
并且都有支持传感器。从一开始，传感器便可与LinuxKernel驱动器直接互动，透过硬件抽象层(HAL)传输数据，并向上输入到应用层。未来的挑战是识别适合多任务传感器运算的理想位置。
Android传感器体层
Apple iOS
Apple iOS平台使用广泛，优势众多，其中包括透过核心运动架构来处理传感器数据的组件。它还拥有一个非常稳定、无需更换硬件的平台。不过，从传感器供货商的角度看，该平台特有的封闭式系统是一个主要的不足之处。因为软件是为特定的硬件定制开发的，所以不能改变用途作其他应用。总结
构建稳定且涵盖所有移动平台，最终制造出最精简的多任务传感器，并且具备尽可能多的内建功能，这是许多传感器供货商的共同目标。仅仅透过堆栈把原始的传感器数据向上传递给用户，这是远远不够的。面对如此之多的驱动器层，在没有现成可用的软件和硬件资源下，传感器厂商面临着一条陡峭的学习曲线。
操作系统的未来
尽管我们在传感器和移动操作系统领域取得了丰硕成果，但却仍有改善空间。譬如I2c或系统管理(sM)总线支持，便是传感器制造商期待解决的问题。一个目标是汇集所有传感器，处理运算，形成解决方案，并透过I2c把它传递到使用者空间。
这个办法有许多的整合途径，但是一直以来人们更偏向于把解决方案组合在一个硬件中。
通常而言，为了缩短上市的前置作业时间，装置制造商会对既有的API或HAL进行自定义扩展，来支持多任务传感器。然而，对于传感器制造商来说更为可取的方案是把算法置于硬件内，这样一来，为一个制造商开发的多任务传感器算法便可适用于其他的制造商。标准化可令设计团队更好地发挥技术，使他们的产品在市场上脱颖而出。