标签: 地磁传感器

去年4月笔者曾撰文写过一篇有关体感游戏手柄传感器应用的博文，时隔一年，今天再与大家一起看看这个市场的进展状况。 自从任天堂的Wii把MEMS传感器在游戏手柄的应用展现给世人，各路英雄便争相投入了为任天堂，索尼，微软三大游戏主机厂家的市场用户开发第三方(即非原厂)游戏手柄的角逐。其中，各家6轴方案(3轴加速度传感器+3轴陀螺仪)已经比较成熟，并且基于6轴方案的空中鼠标，游戏手柄已经在消费电子展多次亮相，并于去年底开始批量出货。而9轴方案(3轴加速度传感器+3轴陀螺仪+3轴地磁传感器)由于在软件算法上有一定难度，仅有为数不多的厂商和设计公司能够做到，且实际使用效果和用户体验有待市场验证。6轴方案中加速度传感器检测手势的运动趋势，陀螺仪检测手势运动的角速率变化，二者配合实现对手势姿态的实时跟踪，但是使用者总是感觉不流畅，原因在于陀螺天生存在随机漂移，而且这个飘移会不断累计，由于飘移是随机的，设计中就很难对其进行补偿修正。体现在用户体验中，用户便会感觉游戏手柄或者空中鼠标不太"听话"，有种笨笨的别扭的体验，一旦将光标移出屏幕，便很难回到原点，如果要点击屏幕上的软键盘，感觉会更加糟糕，而且使用时间越长，飘移越大，偏差越大，其实根本原因就是因为陀螺的随机飘移导致坐标系的原点发生了变化，整个系统缺乏一个恒定的参照系。9轴方案与6轴方案的区别在于增加了3轴磁传感器，通过测量地球磁场这个稳定不变的物理量，为整个系统提供一个恒定的方向参照系，从而对陀螺的随机飘移进行实时修正，给用户精准流畅的使用体验。但是，将加速度，陀螺角速率，磁场矢量进行融合的算法和软件实现，不是一件容易的事情，而且很容易遭遇专利雷区。在过去，这种将加速度，角速率和磁场矢量进行融合的"Fusion" 算法，作为高端的惯性导航的姿态检测技术，一直是被使用于航空飞行器和军事制导武器领域，现在要将这种高技术"下嫁"到消费电子领域，满足大众玩家消费者的成本要求，除了传感器技术MEMS化降低成本外，应用层面的算法优化和软件低成本实现也是一个很大的挑战，目前在这个领域真正成功者尚属凤毛麟角。例如，美国PNI公司的Spacepoint技术就是源于其多年为美国军方提供三轴电子罗盘和AHRS(航姿测量参考系统)的Fusion算法和软件经验，目前在国内体感游戏手柄市场，已经有部分厂商得到PNI公司的技术支持,笔者也有幸亲自体验了使用基于此技术的游戏手柄和平台实现与异地朋友进行网络乒乓球体育比赛的乐趣，实现发旋转球，拉弧圈球等以前不能做到的技巧乐趣。目前，国内外商家都在加快各自算法和软件开发，各家的技术研发角逐今年4月到6月将基本奠定市场格局，后进者将很难再有机会。 MEMS传感器元件方面，加速度传感器已经非常成熟，而且因为在手机为代表的各种终端设备中的广泛使用和海量出货，已经进入价格红海，主要供应商有博世Bosch-Sensotec，飞思卡尔Freescale，意法半导体STM，芬兰VTI, 美国Kionix等。陀螺仪目前真正出货的只有STM, Invensense, VTI 这3家公司。 其中STM获苹果iPhone4的陀螺仪订单，在收获巨大成功的同时也给其带来负面影响，苹果的需求量巨大，由于担心STM重苹果而轻其它，STM的很多客户都同时与另外的两家供应商保持合作。VTI去年4季度已经开始不动声色对主要游戏手柄厂商展开营销和送样，至今年二月在欧洲展会正式发布号称最小尺寸最低功耗最佳性能指标陀螺产品，事实上已经进行了一个多季度的推广工作，吸引了相当一部分客户，目前世界各地已经有不少厂商完成基于VTI陀螺的设计方案，将VTI列入策略供应商名单。Invensense作为最早推出陀螺产品的厂商，凭市场先机成为任天堂的供应商，也因此积累了不少客户，据说也对挑战者做好了应对准备。飞思卡尔，博世等也都宣布将于今年推出陀螺产品，加速度传感器价格血拼的局面无疑将在陀螺市场重现。陀螺仪市场，价格和产能将是决定传感器供应厂商市场份额的两大决定因素。磁传感器目前参与体感游戏市场角逐的供应商有美国PNI，无锡MEMSIC ,日本AKM等。PNI提供基于磁感技术(MI)的磁传感器元件，和源于军事惯导技术,专为体感游戏应用设计的名为 Spacepoint 技术的 Fusion 算法，已完成整个手柄方案近80%的设计工作，客户基于此根据自己服务游戏的种类对各个传感器的参数匹配进行调整即可。AKM和MEMSIC的磁传感器技术属于磁阻技术(MR)，AKM采取服务重点客户的策略，市场上较少见到其身影；MEMSIC则以FAE技术支持见长。目前各大MEMS半导体厂商正在努力将各种传感器甚至MCU集成到一个封装中，最大限度地改善产品在尺寸，功耗，Fusion算法方面的表现。 总体来说，体感游戏手柄分为三大阵营，一是以罗技为代表的空中鼠标；二是围绕任天堂，索尼，微软三大游戏主机的游戏手柄。这两大阵营市场仍然受经济疲软拖累，去年底大家期待的2011出货**至今并未如期出现，时间来到4月份，不少厂商都还在出去年生产的存货，今年西方圣诞订单能带来多大的起色充满变数。第三个阵营是比较中国特色的市场，是由三网合一契机带来的网络体感游戏的遥控器手柄市场，传统电视机遥控器将逐步淡出市场，传统直板遥控器和多按键手柄的概念将被突破，被各种特色时尚造型的遥控游戏手柄所取代，传统直板遥控器的绝大部分按钮将由屏幕软键盘和菜单取代。宽带运营商，内容提供商，机顶盒厂商，网络电视机厂商，游戏手柄遥控器厂商都想在这座巨大的金矿中分一杯羹，新的网络游戏运营商业模式即将出现。由于是运营商市场，后面又有政府推动，受全球经济疲软的环境影响较小，市场潜力无限，服务于该市场的游戏手柄和遥控器厂商将大有可为。但是，三网合一不是一蹴而就的事情，而是一个产业生态链形成并健康发展的问题，该市场的体感游戏事业虽前景风光无限，却还需要大家耐心等待。"雾里看花，扑朔迷离"依然是该市场的现状。

 近来与圈内几个在传感器市场上一起滚了许多年的朋友聊起传感器市场的变迁, 莫不感叹传感器技术和制造工艺的飞速发展. 新应用层出不穷, 传感器变得越来越小, 市场变得越来越大, 预计2010年全球市场对传感器的需求会将超过600亿美元. 从专业性很强的自动化领域的工业传感器时代, 变迁到今天影响人们的日常生活, 传感器广泛应用于各种手机和便携终端, 只不过是弹指一挥间.     苹果公司在iPhone 中嵌入 加速度传感器 , 真正点爆的MEMS传感器在消费电子的应用, 各种个性化的体验让人们真正切身体会到了传感科技的魅力; 加速度传感器与 MEMS陀螺 的配合, 在罗技的空中鼠标和任天堂的Wii 游戏手柄中, 更是极大地改变了人们对传统鼠标和游戏终端的定义. 于是, 在家中打网球, 高尔夫,拳击等等体感仿真游戏, 变得越来越真实. 但稍显不足的是, 加速度传感器与MEMS陀螺只能反映出人体运动的一种趋势, 光标在屏幕上的定位, 还不够精准, 在空间绝对位移控制上随意性和准确性方面尚显不足, 用起来真实感不够. 早在2006年美国拉斯维加斯CES展览会上, 就开始出现有商家用 地磁传感器 采集绝对空间位移参数, 与加速度传感器和MEMS陀螺的配合, 实现真正9个空间自由度的自由控制, 让人们对未来家居电视, 游戏, 电脑的遥控和输入终端真正实现All-in-One 充满遐想, 遗憾的是, 在空间姿态的软件算法这个难题上, 市场一直没有能够在满足消费电子市场性价比的前提下实现真正的突破. 2010年这个突破即将发生,一个叫做 SpacePoint 的技术横空出世, 将地磁传感器, 加速度传感器和MEMS陀螺通过源于军事应用的空间姿态的软件算法完美结合. 在经过一年多的秘密开发之后, 日本, 韩国, 香港 和深圳都已经出现使用SpacePoint 技术的厂商. 预计在年内市场上就会出现产品. 游戏玩家将可以实现用手部的姿态在屏幕上面打乒乓球时发出旋转球, 准确地实现拳击的钩拳, 直拳等逼真动作, 人们将可以在家中使用遥控器对网络电视机进行真正的鼠标操作.          随着三网合一逐步变成现实, 集成VOD视频点播 / 体感游戏等功能的网络电视机, 网络机顶盒已经应运而生而且开始大量出货. 对于国内的游戏终端设备商, 电脑设备商, 电视机厂商, 机顶盒厂商, 电信/移动运营商等, 网络游戏已经成为一个拓展业务增长空间的最大的蛋糕. 这些网络游戏中, 最明显的特点就是人体感应互动, SpacePoint技术毫无疑问将成为网络游戏的控制终端的真正推手. 人们对电脑鼠标, 电视机遥控, 游戏手柄All-in-One 的梦想将在年内成为现实. 同时, 由于使用人体姿态的空间运动取代了按钮对屏幕内容的控制, 这种控制终端的外形将彻底颠覆传统的直板遥控器的概念, 而将根据实际应用的需求变得更加多姿多彩. Hillcrest Loop Hillcrest的“环”概念是为新一代电视遥控而研发的。它取代了按钮，利用手在空间的运动控制电视内容。“环”使用美国 PNI公司的地磁传感器和SpacePoint 技术 ，并且在2006年 CES上展示。同类型的方位踪踪，可以用于游戏控制和电脑鼠标。