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陀螺儀傳感器 讓鼠標變得更自由

近對一款基于陀螺儀的鼠標進行了拆解。這款名為ProGo Gyrotransport的鼠標是由Gyration公司生產(chǎn)的,價值150美元(其中包括一個Free Space功能鼠標以及一個接在主機上的獨立USB收發(fā)適配器中的1GB閃存驅(qū)動器)。對于不熟悉這類產(chǎn)品的人來說,它只是一個簡單易用的基于自由空間移動和手勢的定位和控制系統(tǒng)。在假象的平面上揮動鼠標,屏幕上的光標就會跟著移動,并可以繞著鏈接畫圈和點擊按鍵。當你正在演講或離開桌子時,這些操作都能夠很方便地實現(xiàn)。

  我不得不承認在一開始時遇到了一點小麻煩:因為我不能對兩個按鍵同時操作,都準備要打支持服務電話了。不過隨后我發(fā)現(xiàn)在為鼠標供電的AAA電池上的一張薄包裝紙上清晰地印有使用說明。這有可能是設計疏漏或用戶疏忽的緣故,不過解決了這個小問題后,剩下的操作就簡單了。

  1GB閃存驅(qū)動器

  PC側(cè)的小型USB收發(fā)器通過一條2.4GHz鏈路與鼠標進行通信,同時內(nèi)置了1GB的NAND存儲器。在待分析的部件中有一個Micron科技制造的MT29F8G08FABA 1GB NAND封裝,它在一個TSOP封裝內(nèi)堆疊了4個256MB的SLC NAND芯片,這對這個已經(jīng)非常方便的小鼠標來說起到了錦上添花的作用。為了使存儲器可以充當閃存驅(qū)動器使用,由Cypress的CY7C68033 USB控制器來處理USB和存儲器接口。

  連接控制器和存儲器的是Cypress的CYWUSB6953 MCU,是它創(chuàng)建了與空中鼠標通信所需的一半2.4GHz無線鏈路。

  該鼠標由TI的混合信號MCU MSP430F1232控制,它內(nèi)置了8KB和256KB的閃存以及256B的RAM。   
  在TI的DC/DC升壓轉(zhuǎn)換器旁,還有一個Cypress的CYWUSB6934 2.4GHz直接序列擴頻(DSSS)無線SoC,它創(chuàng)建了另一半2.4GHz無線鏈路。

  雖然Cypress的無線USB器件在芯片領域中總是能給人以深刻印象,但鼠標中還有另一個同樣吸引人的器件,那就是Gyration公司生產(chǎn)的MG1104陀螺儀模塊。Gyration公司由Movea公司控股,Movea是由法國湯姆森公司分拆出來的公司,至今湯姆森公司還擁有少量該公司的股份。 

  MG1104與我期望在今天的硅MEMS加速計時代看到的傳感器有很大的差別,它的個頭特別大。其尺寸接近大塊糖果的模塊(邊長約14mm),內(nèi)有許多半導體材料,但只是對陀螺儀傳感器本身起輔助作用。陀螺儀的運作基于科里奧利效應(Coriolis effect)的一些物理學基本原理。

  我很不愿意使用“基本原理”這個詞,因為我很難理解陀螺儀的物理結(jié)構(gòu)是如何應用這個原理的。關鍵點似乎是科里奧利效應能夠從旋轉(zhuǎn)速度和陀螺盤移動時的振蕩中得出水平和垂直速度。

  該傳感器是一個經(jīng)過蝕刻的金屬片,它由受驅(qū)動的中心點形成一個針對手指的復雜網(wǎng)絡。初看起來,它極像與45rpm黑膠唱片一起使用的舊固套,能夠在標準的LP軸上旋轉(zhuǎn)(我知道我有點過時了)。這個金屬片被耦合到形成基本振蕩的驅(qū)動線圈,而獨立輪輻似乎是用于另一種更復雜的振蕩模式的監(jiān)測點。我就像可憐的大學新生一樣對此一知半解,但是我能給出的好解釋是,輪幅的**種振蕩模式在金屬片的初振蕩形成搜尋加速時就會受到影響。

  也許實際工作原理與上述描述有些出入(衷心希望有讀者來為我指正),但這種機械結(jié)構(gòu)在結(jié)合某些信號處理時實際上是一個雙軸加速的向量源。如此看來,Cadence為Gyration設計的這款定制IC同時控制了GYRC10433中的運放和ADC。Cadence的器件讀取檢測信號來獲得加速數(shù)據(jù),然后將它轉(zhuǎn)換成模塊可讀的串行數(shù)字格式以進行運動控制。256B的EEPROM存儲著用于模塊的校準常數(shù),可用來補償任何制造性差異。

  無漂移操作

  后,很聰明的一個步驟,就是通過懸掛陀螺儀的一組振蕩隔離線圈為陀螺模塊4個信號/電源連接,從而消除漂移和感應定位誤差。

  雖然該產(chǎn)品專為使用PowerPoint的演講人而設計,基于手勢的控制概念已經(jīng)擴展到了許多其他領域,包括基于PC的電視遙控器。事實上,如果能令你花約100美元去購買兼容WindowsMedia的GY3101A型通用遙控器,Gyration公司會非常高興。這個面向消費類應用的小玩意采用了基本的Gyrotransport技術。

  值得一提的是,該產(chǎn)品的Free Space**功能專用的原始硅片面積比1GB的NAND存儲器所需面積少了近6cm2。雖然Gyration產(chǎn)品的存儲功能是為了提升吸引力的附加功能,但存儲器的實際硅片面積有很大的值得商榷的余地。

  上述拆解分析只是表明,產(chǎn)品的強大功能往往來自相對較小的芯片,就像陀螺模塊這種情況一樣,產(chǎn)品的主要功能來自于與硅片沒太大關系的部分。

上海金鵬分析儀器有限公司
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