陀螺儀是什么？

陀螺儀器最早是用于航海導航，但隨著科學技術的發展，它在航空和航天事業中也得到廣泛的應用。陀螺儀器不僅可以作為指示儀表，而更重要的是它可以作為自動控制系統中的一個敏感元件，即可作為信號傳感器。根據需要，陀螺儀器能提供準確的方位、水平、位置、速度和加速度等信號，以便駕駛員或用自動導航儀來控制飛機、艦船或航天飛機等航行體按一定的航線飛行，而在導彈、衛星運載器或空間探測火箭等航行體的制導中，則直接利用這些信號完成航行體的姿態控制和軌道控制。作為穩定器，陀螺儀器能使列車在單軌上行駛，能減小船舶在風浪中的搖擺，能使安裝在飛機或衛星上的照相機相對地面穩定等等。作為精密測試儀器，陀螺儀器能夠為地面設施、礦山隧道、地下鐵路、石油鉆探以及導彈發射井等提供準確的方位基準。由此可見，陀螺儀器的應用范圍是相當廣泛的，它在現代化的國防建設和國民經濟建設中均占重要的地位。此處我們重點介紹在電子領域中現在比較流行的MEMS陀螺儀。

廣泛使用的MEMS陀螺（微機械）可應用于航空、航天、航海、兵器、汽車、生物醫學、環境監控等領域。并且MEMS陀螺相比傳統的陀螺有明顯的優勢：1、體積小、重量輕。適合于對安裝空間和重量要求苛刻的場合，例如彈載測量等；2、低成本；3、高可靠性、內部無轉動部件，全固態裝置，抗大過載沖擊，工作壽命長；4、低功耗；5、大量程，適于高轉速大g值的場合；6、易于數字化、智能化，可數字輸出，溫度補償，零位校正等。

陀螺儀工作原理

消費電子設備早在幾年前就開始使用MEMS加速計。 ?從游戲機到手機，從筆記本電腦到白色家電，運動控制式用戶界面和增強的保護系統給所有的消費電子產品帶來很多好處。

現在輪到MEMS陀螺儀大顯神威了，消費電子集成MEMS陀螺儀的浪潮剛剛掀起。

陀螺儀能夠測量沿一個軸或幾個軸運動的角速度，而MEMS加速計則能測量線性加速度，因此這兩者是一對理想的互補技術。?

事實上，如果組合使用加速計和陀螺儀這兩種傳感器，系統設計人員可以跟蹤并捕捉三維空間的完整運動，為最終用戶提供現場感更強的用戶使用體驗、精確的導航系統以及其它功能。

ST在EMES市場的份額正在快速增長，作為全球公認的消費電子和手機市場最大的MEMS傳感器供應商，ST最近推出了30款以低功耗和小封裝為特色的高性能陀螺儀。

ST研制的微機械陀螺儀傳感器沿用了ST成功的制造技術，ST利用這項技術已經制造了6億多顆加速傳感器， 選擇成功的技術可為客戶提供最先進的質量可靠的產品，而且可直接用于最終應用。

ST陀螺儀的核心元件是一個微加工機械單元，按照一個音叉機制運轉，利用Coriolis原理把角速率轉換成一個特定感應結構的位移。 ?

我們以一個單軸偏航陀螺儀為例，探討最簡單的工作原理（圖1）。兩個正在運動的質點向相反方向做連續運動，如藍色箭頭所示。只要從外部施加一個角速率，就會產生一個與質點運動方向垂直的科里奧利力，如圖中黃色箭頭所示。產生的科里奧利力使感應質點發生位移，位移大小與所施加的角速率大小成正比。因為傳感器感應部分的運動電極（轉子）位于固定電極（定子）的側邊，上面的位移將會在定子和轉子之間引起電容變化，因此，在陀螺儀輸入部分施加的角速率被轉化成一個專用電路可以檢測的電參數。

因為ST選用了音叉方法設計陀螺儀，其差分特性使系統本身對作用在傳感器上的無用線性加速度和雜亂振動的敏感度低于市場上現有的其它類型陀螺儀。當這些無用的信號被施加到陀螺儀，兩個質點就會沿相同方向位移，在一個差分測量后，最終的電容變化將視為無效。

在系統方面，陀螺儀的信號調節電路可簡化為電機驅動部分和加速傳感器感應電路兩部分(圖2): - 電機驅動部分通過靜電激勵方法，使驅動電路前后振蕩，為機械元件提供勵磁；

感應部分通過測量電容變化來測量科里奧利力在感應質點上產生的位移，這是一個穩健、可靠的技術，被成功地用于ST的MEMS產品線，能夠提供強度與施加在傳感器上的角速率成正比的模擬或數字信號。?

圖2:一個單軸偏航MEMS陀螺儀的結構簡圖 ?

在控制電路內部有先進的電源關斷功能，當不需要傳感器功能時，可關閉整個傳感器，或讓其進入深度睡眠模式，以大幅降低陀螺儀的總功耗，當需要檢測傳感器上施加的角速率時，在接到用戶的命令后，傳感器可從睡眠模式中立即喚醒。

與ST的MEMS加速計類似，MEMS陀螺儀也沿用一個系統級封裝(SIP)方法，機械感應元器件與其調節ASIC電路放在同一個封裝內。

智能設計方法結合先進的封裝解決方案使得該系列產品的封裝尺寸大幅縮減，多軸陀螺儀的系統封裝面積僅為3x5 mm2 ，最大厚度僅為1mm 。

意法半導體為客戶提供多軸感應、30dps到6000dps量程的各種陀螺儀傳感器，讓系統設計工程師能夠解決不同的應用需求，從圖像穩定器到游戲，從指向裝置到機器人控制。

除上述傳統應用外，整合加速計和陀螺儀可以實現導航解決方案的慣性測量單元。換句話說，平臺開發商可利用最新的MEMS技術，將慣性傳感器與較傳統的GPS系統配合使用，能夠在衛星信號很弱的高樓林立的市區或根本沒有信號的室內或地鐵環境中提供導航服務。在不久的將來，準確的方位信息與服務廠商提供的附加中間數據將會整合在一起，并顯示在用戶的手機顯示屏幕上，這種定位關聯服務將會為手機用戶帶來好處，例如，手機用戶可以獲得位于某一個購物中心內的所有商鋪的準確信息，找到想要購買的產品的方位提示，接收根據用戶興趣訂制的商品特價和打折信息。

整合MEMS加速計和陀螺儀地磁的模塊正在進入廉價的電子玩具市場，傳感器模塊提供的動作感應功能可實現互動的游戲體驗，還能讓更小的兒童上網分享快樂：孩子們很快就能夠創造自己的虛擬娃娃和人物，用自然的動作玩這些玩具，不再使用按鈕或鍵盤一類的東西，甚至可以在網上與全球的小朋友一起分享游戲。

結論：就像幾年前加速計的成功故事一樣，意法半導體最近掀起了MEMS陀螺儀消費浪潮，為市場提供一系列可靠的低廉的微型陀螺儀，增強多種消費電子產品運動跟蹤功能，實現現場感更強的用戶體驗。憑借在MEMS技術、ASIC設計和更智能的封裝技術上不斷取得的進步，結合最先進的生產線和戰略合作伙伴關系，意法半導體進一步加強了其MEMS傳感器在消費電子和手機市場的領導地位。

陀螺儀的作用

這陀螺儀和重力傳感器有什么區別呢？區別很多，但最大的區別就是重力傳感對于空間上的位移感受維較少，能做到6個方向的感應就已經很不錯了，而陀螺儀則是全方位的。這很重要，毫不夸張的說，這兩者不是一個級別上的產品。

可能看到這里，大家還是會覺得有些迷惑，既然陀螺儀很厲害，那么它在手機上到底有什么用呢？我們不妨來看看。

第一大用途，導航。陀螺儀自被發明開始，就用于導航，先是德國人將其應用在V1、V2火箭上，因此，如果配合GPS，手機的導航能力將達到前所未有的水準。實際上，目前很多專業手持式GPS上也裝了陀螺儀，如果手機上安裝了相應的軟件，其導航能力絕不亞于目前很多船舶、飛機上用的導航儀。

第二大用途，可以和手機上的攝像頭配合使用，比如防抖，這會讓手機的拍照攝像能力得到很大的提升。

第三大用途，各類游戲的傳感器，比如飛行游戲，體育類游戲，甚至包括一些第一視角類射擊游戲，陀螺儀完整監測游戲者手的位移，從而實現各種游戲操作效果。有關這點，想必用過任天堂WII的兄弟會有很深的感受。

第四大用途，可以用作輸入設備，陀螺儀相當于一個立體的鼠標，這個功能和第三大用途中的游戲傳感器很類似，甚至可以認為是一種類型。

第五大用途，也是未來最有前景和應用范圍的用途。下面重點說說。那就是可以幫助手機實現很多增強現實的功能。增強現實是近期才冒出的概念，和虛擬現實一樣，是計算機的一種應用。大意是可以通過手機或者電腦的處理能力，讓人們對現實中的一些物體有跟深入的了解。如果大家不理解，舉個例子，前面有一個大樓，用手機攝像頭對準它，馬上就可以在屏幕上得到這座大樓的相關參數，比如樓的高度，寬度，海拔，如果連接到數據庫，甚至可以得到這座大廈的物主、建設時間、現在的用途、可容納的人數等等。

這種增強現實技術可不是用來滿足大家的好奇心，在實際生產上，其用途非常廣泛，比如蓋房子，用手機一照，就知道墻是否砌歪了？歪了多少？ ? ?再比如，假如您是一位伊拉克抵抗美軍的戰士，平時只需要揣著一部此類手機，去基地那里轉轉，出來什么坦克，裝甲車或者直升機，用手機對準拍下，馬上就能判斷出武器的型號，速度、運動方向。

陀螺儀產品 意法半導體(ST)推出全球首款雙核陀螺儀

意法半導體推出全球首款能夠同時處理用戶動作識別與相機圖像穩定兩大功能的雙核陀螺儀L3G4IS，創新的系統架構讓設備廠商只需一個陀螺儀即可執行兩個不同功能，從而優化手機、平板電腦等智能消費電子產品的尺寸、系統復雜性及成本。

這款擁有創新設計的雙核陀螺儀L3G4IS在4x4x1 mm封裝內整合為兩個針對不同功能優化的獨立輸出通道，同時可處理動作手勢識別和光學圖像穩定功能，為手機相機實現更加銳利清晰的照片畫質。

意法半導體公司副總裁兼模擬產品、MEMS及傳感器產品部總經理Benedetto Vigna表示：“通過意法半導體全新雙核陀螺儀的創新系統架構，設備廠商只需簡單整合一個陀螺儀即可實現動作識別和圖像穩定兩大功能，而無需再使用兩個不同技術規格的專用傳感器，終端產品進而可實現更可靠的性能，更纖薄時尚的外觀設計以及更低的制造成本。”

意法半導體的全新陀螺儀L3G4IS針對解決電池供電的便攜式設備電源限制問題所設計，整合關機和睡眠兩個省電模式，內置高級智能電源管理所需的先入先出(FIFO)存儲模塊。新傳感器通過I2C和SPI兩個獨立通信接口輸出數據，還提供多個數字嵌入式功能，如可配置低通/高通濾波器。新款陀螺儀內置溫度傳感器，電源電壓范圍為2.4V至3.6V。

ST推出全新"陀螺儀"角速度傳感器

意法半導體（ST）推出新款MEMS單軸航向陀螺儀LISY300AL，這款產品采用7 x 7 x 1.5mm的表面貼裝封裝，角速度測量性能高達每秒300度（全量程）。新產品的主要特性包括：高靈敏度，電源電壓范圍擴大，從2.7V到3.6V，省電模式可選。新產品還有助于降低游戲控制器、直觀指向設備、車用或個人用導航儀等設備的待機功耗，并具備圖像穩定功能。

利用意法半導體市場領先的MEMS技術，結合MEMS技術出色的強健性能，在溫度變化的條件下和整個產品生命周期內，LISY300AL的靈敏度表現非常穩定。這個特性可以簡化設計，提高傳感器的可靠性。LISY300AL還在封裝內整合一個低通濾波器及專用芯片接口，設計人員使用很少的外部組件即可開發一個緊湊、低噪的解決方案。此外，高抗震性使新產品可用于對環境要求非常高的應用中，如工業控制和汽車電子系統。內置的自檢系統為目標應用帶來額外的精確度和可靠性保證。

除游戲和先進指向設備用戶界面等消費電子和工業應用外，LISY300AL還可用于機器人和GPS導航系統中的傾斜運動和角運動檢測功能。

LISY300AL的絕對速率輸出是模擬電壓信號。28引腳的LGA封裝采用ST的ECOPACK封裝技術，符合RoHS法令要求的“綠色節能”標準。

意法半導體推出世界首款3軸汽車陀螺儀

意法半導體(STMicroelectronics，簡稱ST)推出市場上首款符合汽車集成電路標準(AEC-Q100)的3軸數字輸出陀螺儀。意法半導體最新的角速度傳感器旨在于提高汽車設備的精度和穩定性，包括儀表板內置導航儀、遠程信息處理系統和路橋收費系統。

意法半導體的汽車級陀螺儀能夠提供精確的測量結果，可大幅提升汽車導航儀和遠程信息處理系統的航位推算和/或地圖匹配功能。在GSP衛星信號很差的室內和高樓林立的城區，航位推算系統可彌補信號丟失的影響，代替衛星檢測物體的運動和高度。陀螺儀的精確測量數據還能提高地圖匹配精度。地圖匹配是在數字地圖的公路網絡上描述衛星或傳感器觀測的用戶位置的運動軌跡的過程，地圖匹配被用于各種導航定位系統，包括交通流量分析和車輛行駛方向。

運用一個檢測結構測量沿三個正交軸[1]的運動是意法半導體的業內獨一無二的陀螺儀設計概念，可實現新的航位推算和地圖匹配功能，能夠徹底解決三軸之間的信號干擾問題，從而大幅提升測量精度，具有出色的長時間和寬溫度范圍輸出穩定性。意法半導體的A3G4250D可測量最高+/-250dps(度/秒)的角速率。陀螺儀的片上接口把角速率數據轉換成16位碼流，通過標準的SPI或I2C通信協議，安全可靠地傳送到一個專用微控制器。新產品提供兩個輸出引腳(中斷和數據準備)和4個用戶可選的輸出數據速率。

這款3V單電源傳感器整合了關斷和深度睡眠兩種省電模式，并集成一個智能電源管理功能用FIFO(先入先出)存儲器模塊。A3G4250D內置一個8位溫度傳感器，工作范圍擴大至-40到85°C。這款產品具有很強抗電磁干擾性能，可承擔最高10,000g的撞擊。

意法半導體的汽車3軸數字陀螺儀的設計和制造采用了與ST目前銷售量超過20億支的運動傳感器相同的制造工藝。意法半導體擁有最先進的產品設計能力，8英寸MEMS專用生產線具備大規模制造能力，尖端設計結合巨大產能，這一業內獨有的雙重優勢使公司能夠滿足好整個供應鏈的需求。

深迪發布中國首款消費級商用三軸MEMS陀螺儀

深迪半導體(上海)有限公司(Senodia Technologies (Shanghai) Co., Ltd )正式發布其首款三軸微機電(MEMS)陀螺儀產品，ST200G。這是中國首款完全擁有自主知識產權的消費級商用三軸MEMS陀螺儀。它繼深迪2009年底發布中國首款消費級商用單軸MEMS陀螺儀SSZ0304CN打破國內消費電子廠商100%依賴進口陀螺儀芯片之后，又一款里程碑的產品，并宣告中國自主知識產權的消費級MEMS陀螺儀進入三軸時代。　

ST200G是一款小體積、低功耗、高性能、低成本的三軸陀螺儀。它采用QFN封裝，體積僅為4mm×4mm×0.9mm，工作溫度范圍為-40攝氏度～+85攝氏度，角速度滿量程為+/-250度/秒到+/-2000度/秒。另外，ST200G集成了全部的陀螺信號處理電路，芯片可以設置Burst Mode及不同的中斷形式，其性能達到國際先進水平。

三軸MEMS陀螺儀能夠同時偵測三個軸向(X, Y, Z)的轉動角速度(傾斜、滾動或旋轉)。作為姿態識別、遙控、專業游戲、室內導航和實景增強不可或缺的裝置，三軸MEMS陀螺儀在消費級領域有如下廣泛而理想的應用：

-- 智能手機
　　-- 平板電腦
　　-- 游戲手柄
　　-- 遙控器便
　　-- 模型玩具
　　-- 便攜式攝像機和數碼相機

　　-- GPS ? ST推出全球最小3軸陀螺儀使占板空間縮減40%

意法半導體(STMicroelectronics，簡稱ST)進一步擴大運動傳感器產品組合，推出全球最小的高性能三軸模擬陀螺儀。

L3G3250A整合意法半導體已生產近15.4億顆運動傳感器所采用的穩健可靠、經市場驗證的微機械加工技術以及公司積極的封裝縮減藍圖，能夠滿足下一代應(游戲機、虛擬實境輸入設備、運動控制人機界面(MMI)、GPS導航系統、家電以及機器人)對更小占板空間的要求。新款傳感器是高性能的三軸模擬輸出陀螺儀，封裝僅為3.5x3x1mm，占板空間從現有產品的17.6 mm3 縮減至10.5 mm3，縮減幅度近40%。

由于諧振頻率在音頻帶寬之外，L3G3250A能夠完全抵抗如安裝在傳感器附近的揚聲器產生的音頻噪聲，以及通過印刷電路板傳遞的耦合機械振動，新產品進而擁有更高的檢測精度和可靠性。此外，其先進的設計結合三軸一體運動感應結構 可進一步提高精度和可靠性，確保傳感器輸出在時間和溫度特性方面具有業界最高的穩定性。L3G3250A集高檢測分辨率和出色的抗音頻噪聲和機械振動噪聲于一身，讓手機、平板電腦、游戲機等智能消費電子產品的運動用戶界面變得更趨真實。

L3G3250A提供兩個用戶可選量程 – 625或2500 dps (度/秒) – 檢測分辨率分別為2mV/dps和0.5mV/dps。高量程讓陀螺儀能夠檢測速度非常快的手勢和運動。產品其它特性包括嵌入式自測功能、寬壓電源(2.4V至3.6V)、能夠優化電池供電設備電源管理功能的嵌入式關閉和睡眠兩種節能模式、嵌入式低通濾波器和高通濾波器復位功能以及出色的防碰撞功能。

編輯：黃飛

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