ess DesignLine網(wǎng)站編輯Jack Shandle的建議下,我們最近對一款基于陀螺儀的鼠標(biāo)進(jìn)行了拆解。這款名為ProGo Gyrotransport的鼠標(biāo)是由Gyration公司生產(chǎn)的,價(jià)值150美元(其中包括一個(gè)Free Space功能鼠標(biāo)以及一個(gè)接在主機(jī)上的獨(dú)立USB收發(fā)適配器中的1GB閃存驅(qū)動(dòng)器)。對于不熟悉這類產(chǎn)品的人來說,它只是一個(gè)簡單易用的基于自由空間移動(dòng)和手勢的定位和控制系統(tǒng)。在假象的平面上揮動(dòng)鼠標(biāo),屏幕上的光標(biāo)就會(huì)跟著移動(dòng),并可以繞著鏈接畫圈和點(diǎn)擊按鍵。當(dāng)你正在演講或離開桌子時(shí),這些操作都能夠很方便地實(shí)現(xiàn)。
我不得不承認(rèn)在一開始時(shí)遇到了一點(diǎn)小麻煩:因?yàn)槲也荒軐蓚€(gè)按鍵同時(shí)操作,都準(zhǔn)備要打支持服務(wù)電話了。不過隨后我發(fā)現(xiàn)在為鼠標(biāo)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(shè)計(jì)疏漏或用戶疏忽的緣故,不過解決了這個(gè)小問題后,剩下的操作就簡單了。
1GB閃存驅(qū)動(dòng)器
PC側(cè)的小型USB收發(fā)器通過一條鏈路與鼠標(biāo)進(jìn)行通信,同時(shí)內(nèi)置了1GB的NAND存儲器。在待分析的部件中有一個(gè)Micron科技制造的MT29F8G08FABA 1GB NAND封裝,它在一個(gè)TSOP封裝內(nèi)堆疊了4個(gè)256MB的SLC NAND芯片,這對這個(gè)已經(jīng)非常方便的小鼠標(biāo)來說起到了錦上添花的作用。為了使存儲器可以充當(dāng)閃存驅(qū)動(dòng)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(biāo)通信所需的一半無線鏈路。
該鼠標(biāo)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(gè)Cypress的CYWUSB6934 直接序列擴(kuò)頻(DSSS)無線SoC,它創(chuàng)建了另一半無線鏈路。
雖然Cypress的無線USB器件在芯片領(lǐng)域中總是能給人以深刻印象,但鼠標(biāo)中還有另一個(gè)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(jì)時(shí)代看到的傳感器有很大的差別,它的個(gè)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(dǎo)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(yùn)作基于科里奧利效應(yīng)(Coriolis effect)的一些物理學(xué)基本原理。
我很不愿意使用“基本原理”這個(gè)詞,因?yàn)槲液茈y理解陀螺儀的物理結(jié)構(gòu)是如何應(yīng)用這個(gè)原理的。關(guān)鍵點(diǎn)似乎是科里奧利效應(yīng)能夠從旋轉(zhuǎn)速度和陀螺盤移動(dòng)時(shí)的振蕩中得出水平和垂直速度。
該傳感器是一個(gè)經(jīng)過蝕刻的金屬片,它由受驅(qū)動(dòng)的中心點(diǎn)形成一個(gè)針對手指的復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)。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(biāo)準(zhǔn)的LP軸上旋轉(zhuǎn)(我知道我有點(diǎn)過時(shí)了)。這個(gè)金屬片被耦合到形成基本振蕩的驅(qū)動(dòng)線圈,而獨(dú)立輪輻似乎是用于另一種更復(fù)雜的振蕩模式的監(jiān)測點(diǎn)。我就像可憐的大學(xué)新生一樣對此一知半解,但是我能給出的最好解釋是,輪幅的第二種振蕩模式在金屬片的最初振蕩形成搜尋加速時(shí)就會(huì)受到影響。
也許實(shí)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(jī)械結(jié)構(gòu)在結(jié)合某些信號處理時(shí)實(shí)際上是一個(gè)雙軸加速的向量源。如此看來,Cadence為Gyration設(shè)計(jì)的這款定制IC同時(shí)控制了GYRC10433中的運(yùn)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(jìn)行運(yùn)動(dòng)控制。256B的EEPROM存儲著用于模塊的校準(zhǔn)常數(shù),可用來補(bǔ)償任何制造性差異。
無漂移操作
最后,很聰明的一個(gè)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提供4個(gè)信號/電源連接,從而消除漂移和感應(yīng)定位誤差。
雖然該產(chǎn)品專為使用PowerPoint的演講人而設(shè)計(jì),基于手勢的控制概念已經(jīng)擴(kuò)展到了許多其他領(lǐng)域,包括基于PC的電視遙控器。事實(shí)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(huì)非常高興。這個(gè)面向消費(fèi)類應(yīng)用的小玩意采用了基本的Gyrotransport技術(shù)。
值得一提的是,該產(chǎn)品的Free Space核心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(shí)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(qiáng)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(guān)系的部分。
作者:David Carey
總裁
Portelligent公司
