裝有微機電 (MEMS) 產品的手持式裝置不勝枚舉， 這些小小的感應器能加強手持式裝置的智慧感應和操控性能，過去數年在世界上產生了巨大影響。除了用途廣泛的加速度感應器，微機電製程所生產的感應器 還擴大到其他類型的感應器, 包括陀螺儀、壓力感應器和高度計等。這些感應器已逐漸成為各種手持式裝置內作業系統的關鍵構件，但是它們卻各有各的挑戰，需要感應器供應商去解決。
消費應用推升了感應器的需求
消費電子產品將繼續提高感應器的廣泛使用，進而實現眾多的智慧和實用功能，例如螢幕旋轉、姿式判別和使用者介面控制。
有了加速度感應器，只需敲擊一下或者連續敲擊兩下智慧手機，便可移動輸入行的游標，給家裡打電話，或是聽取語音留言。姿式判別可讓使用者利用他們的智慧手機、平板電腦或網路電視 控制器來取代原有的各項機械鍵控制功能。電視遊樂器中的控制器是微機電感應器 應用中最熱門的市場，透過使用陀螺儀和加速度感應器，它能帶來更刺激、更逼真的遊戲體驗。
個人導航中一個小應用是使用感應器來計步（即計步器），但是感應器本身卻有著更複雜的任務，才能達到精準的全球定位。於是，一種常見的感應器組合（圖 1） 便應運而生， 用於這些電子系統。這其中包括三軸加速度感應器、磁感應器、陀螺儀，甚至還有壓力計，用於增強全球定位或移動定位服務解決方案。舉例而言，加速度感應器、磁感應器和陀螺儀三者配合，可以提供多種格式的俯仰角、橫滾角和方向角的資料，而加入壓力計後，連高度的資料都可以測得。因此，各大廠商都希望能更快速,生產更有效率且俱有價格優勢的多功能組合式感應器，一場較量就此展開。
圖 1： 微機電感應器業已成為消費電子產品中不可或缺的一部份，將它們的組成在一個整合電路內被稱為「多工感應器」。
整合的挑戰
要把加速度感應器（在手持式裝置和移動作業系統 (OS) 中使用最多的微機電感應器） 與陀螺儀、磁感應器合而為一，這個過程充滿挑戰。舉例而言，加速度感應器可輕易測量靜態的俯仰角和橫滾角方向，但卻有高噪音、動態偵測等方面的局限。在移動或旋轉時，陀螺儀和磁力計能配合來過濾掉部份噪音，但這卻是以犧牲反應速度為代價的，因為過度的過濾會產生明顯的遲滯。
磁感應器可提供絕對的航向參考，用處很大，但它也有一些局限。它能測量 X、Y、Z 磁場強度，常用於校正陀螺儀的方向角。然而，磁感應器容易受到局部磁場的干擾，反應速度往往慢於其他的動態感應器，並且有著 PCB（印刷電路板）layout上的限制。
陀螺儀可測量轉角速率（度/秒）而不受角度影響，其反應十分快速而平穩，需要整合來實現高速工作。因此，時間間隔和參考值很關鍵。另外，由於陀螺儀是屬主動感應器，所以耗電量相當高。
壓力計透過測量大氣壓力來確定高度，對移動定位服務十分有用，例如在建築物內部。
所有這些感應器都有自身的優勢和劣勢，而透過感應器組合，可令它們各司其職，用於移動系統。陀螺儀可測量 X、Y、Z 方向角； 磁感應器可在加速度感應器幫助下， 測定你的裝置相對於磁北的方向；而加速度感應器則可提供重力數據和線性加速度。透過適當的多工感應器，你便能區分所持裝置的方向，並換算為三度空間數據。
多工感應器與移動作業系統
多工感應器的作用是轉換來自多個感應器的原始信號，創造出更為實用的新型感應器。這些新型感應器可以用四元數、旋轉矩陣或歐拉形式來表達方向，亦可顯示產生於輸入線性加速度 (input linear acceleration) 的地球引力差異。在作業系統中，這些新型感應器需透過應用程式介面 (API) 傳輸資料，並可供應用程式開發者使用。此方法要求透過 API 來傳送原始的加速度資料、 速率或航向，而且要求應用程式開發者掌握其中的原理。
不論是 Google Android、Microsoft Windows 或是 Apple iOS， 每種移動平台都有自身的感應器組合挑戰，唯有克服這些難關，才能把感應器功能和使用者體驗發揮到極致。多種多樣的平台，意味著軟體層和感應器介面也是各有不同。有鑒於此，諸如 Kionix 等感應器公司通常會盡早取得開發硬體和軟體， 以期製作適合各種平台的驅動程式解決方案。之後，我們會與客戶及其技術夥伴,針對裝置硬體、嵌入式算法和軟體應用，以及作業系統平台共同合作。
感應器供應商的觀點
感應器現已成為電子裝置設計和作業中必不可少的組成部份，Kionix 的工程師們正集中全力研究其中的挑戰並制定解決方案。
Microsoft Windows
Microsoft Windows 的諸多優勢眾所周知， 它提供了一個廣泛使用的應用開發平台， 代碼可以自由重複使用，讓許多人都可以熟練地進行開發。然而，缺乏支援 I²C介面卻是一個嚴重缺陷。
感應器常局限於 USB 形式，對於加速度感應器搭配低電流專用 USB 節點的設計來說， 缺點尤為明顯。由於感應器通常位於 Windows 系統層的底部， 所以很難把感應器資料向上傳遞到 PC 應用（圖 2）。採用 I2C 或 SPI 時，需要一個額外的處理裝置來初始化所有感應器，並把它們的資料傳遞到 Windows 感應器框架，這就是「USB 人體學接口裝置」。
Windows 感應器體層
圖 2：Windows 使用 微機電感應器，需要透過一個 USB 裝置來初始化感應器， 並將它們的資料傳遞到 Windows 感應器框架中。
Google Android
Kionix 感應器同樣位於 Google Android 軟體層的底部。 不過，此平台可透過應用處理器的整合南橋，很方便地提供本機 I²C 支援（圖 3）。目前已有許多 I²C 迭代和現成可用的源代碼範例，但是隨著 Android 的加速發展，開發者的側重點是與 Android 的構建保持同步，並在新的硬體開發工具包發佈之後獲得這些工具包。
值得高興的是，Google 的作業系統是在廣泛的裝置上運行， 並且都有支援感應器。 從一開始，感應器便可與 Linux Kernel 驅動器直接互動，透過硬體抽象層 (HAL) 傳輸資料，並向上輸入到應用層。未來的挑戰是識別適合多工感應器運算的理想位置。
Android 感應器體層
圖 3：Google Android 感應器層可以透過應用處理器的整合南橋，很方便地提供本機 I²C 支援。
Apple iOS
Apple iOS 平台使用廣泛， 優勢眾多， 其中包括透過核心運動架構來處理感應器資料的組件。 它還擁有一個非常穩定、無需更換硬體的平台。不過，從感應器供應商的角度看，該平台特有的封閉式系統是一個主要的不足之處。因為軟體是為特定的硬體定制開發的，所以不能改變用途作其他應用。
總結
構建穩定且涵蓋所有移動平台，最終製造出最精簡的多工感應器，並且具備盡可能多的內建功能，這是許多感應器供應商的共同目標。僅僅透過堆疊把原始的感應器資料向上傳遞給使用者，這是遠遠不夠的。面對如此之多的驅動器層，在沒有現成可用的軟體和硬體資源下，感應器廠商面臨著一條陡峭的學習曲線。
作業系統的未來
儘管我們在感應器和移動作業系統領域取得了豐碩成果，但卻仍有改善空間。譬如 I²C 或系統管理 (SM) 總線支援， 便是感應器製造商期待解決的問題。 一個目標是匯集所有感應器， 處理運算，形成解決方案，並透過 I2C 把它傳遞到使用者空間。 這個辦法有許多的整合途徑， 但是一直以來人們更偏向於把解決方案組合在一個硬體中。
通常而言，為了縮短上市的前置作業時間，裝置製造商會對既有的 API 或 HAL 進行自定義擴展，來支援多工感應器。然而，對於感應器製造商來說更為可取的方案是把算法置於硬體內，這樣一來，為一個製造商開發的多工感應器算法便可適用於其他的製造商。標準化可令設計團隊更好地發揮技術，使他們的產品在市場上脫穎而出。
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消費應用推升了感應器的需求
消費電子產品將繼續提高感應器的廣泛使用，進而實現眾多的智慧和實用功能，例如螢幕旋轉、姿式判別和使用者介面控制。
有了加速度感應器，只需敲擊一下或者連續敲擊兩下智慧手機，便可移動輸入行的游標，給家裡打電話，或是聽取語音留言。姿式判別可讓使用者利用他們的智慧手機、平板電腦或網路電視 控制器來取代原有的各項機械鍵控制功能。電視遊樂器中的控制器是微機電感應器 應用中最熱門的市場，透過使用陀螺儀和加速度感應器，它能帶來更刺激、更逼真的遊戲體驗。
個人導航中一個小應用是使用感應器來計步（即計步器），但是感應器本身卻有著更複雜的任務，才能達到精準的全球定位。於是，一種常見的感應器組合（圖 1） 便應運而生， 用於這些電子系統。這其中包括三軸加速度感應器、磁感應器、陀螺儀，甚至還有壓力計，用於增強全球定位或移動定位服務解決方案。舉例而言，加速度感應器、磁感應器和陀螺儀三者配合，可以提供多種格式的俯仰角、橫滾角和方向角的資料，而加入壓力計後，連高度的資料都可以測得。因此，各大廠商都希望能更快速,生產更有效率且俱有價格優勢的多功能組合式感應器，一場較量就此展開。
圖 1： 微機電感應器業已成為消費電子產品中不可或缺的一部份，將它們的組成在一個整合電路內被稱為「多工感應器」。
整合的挑戰
要把加速度感應器（在手持式裝置和移動作業系統 (OS) 中使用最多的微機電感應器） 與陀螺儀、磁感應器合而為一，這個過程充滿挑戰。舉例而言，加速度感應器可輕易測量靜態的俯仰角和橫滾角方向，但卻有高噪音、動態偵測等方面的局限。在移動或旋轉時，陀螺儀和磁力計能配合來過濾掉部份噪音，但這卻是以犧牲反應速度為代價的，因為過度的過濾會產生明顯的遲滯。
磁感應器可提供絕對的航向參考，用處很大，但它也有一些局限。它能測量 X、Y、Z 磁場強度，常用於校正陀螺儀的方向角。然而，磁感應器容易受到局部磁場的干擾，反應速度往往慢於其他的動態感應器，並且有著 PCB（印刷電路板）layout上的限制。
陀螺儀可測量轉角速率（度/秒）而不受角度影響，其反應十分快速而平穩，需要整合來實現高速工作。因此，時間間隔和參考值很關鍵。另外，由於陀螺儀是屬主動感應器，所以耗電量相當高。
壓力計透過測量大氣壓力來確定高度，對移動定位服務十分有用，例如在建築物內部。
所有這些感應器都有自身的優勢和劣勢，而透過感應器組合，可令它們各司其職，用於移動系統。陀螺儀可測量 X、Y、Z 方向角； 磁感應器可在加速度感應器幫助下， 測定你的裝置相對於磁北的方向；而加速度感應器則可提供重力數據和線性加速度。透過適當的多工感應器，你便能區分所持裝置的方向，並換算為三度空間數據。
多工感應器與移動作業系統
多工感應器的作用是轉換來自多個感應器的原始信號，創造出更為實用的新型感應器。這些新型感應器可以用四元數、旋轉矩陣或歐拉形式來表達方向，亦可顯示產生於輸入線性加速度 (input linear acceleration) 的地球引力差異。在作業系統中，這些新型感應器需透過應用程式介面 (API) 傳輸資料，並可供應用程式開發者使用。此方法要求透過 API 來傳送原始的加速度資料、 速率或航向，而且要求應用程式開發者掌握其中的原理。
不論是 Google Android、Microsoft Windows 或是 Apple iOS， 每種移動平台都有自身的感應器組合挑戰，唯有克服這些難關，才能把感應器功能和使用者體驗發揮到極致。多種多樣的平台，意味著軟體層和感應器介面也是各有不同。有鑒於此，諸如 Kionix 等感應器公司通常會盡早取得開發硬體和軟體， 以期製作適合各種平台的驅動程式解決方案。之後，我們會與客戶及其技術夥伴,針對裝置硬體、嵌入式算法和軟體應用，以及作業系統平台共同合作。
感應器供應商的觀點
感應器現已成為電子裝置設計和作業中必不可少的組成部份，Kionix 的工程師們正集中全力研究其中的挑戰並制定解決方案。
Microsoft Windows
Microsoft Windows 的諸多優勢眾所周知， 它提供了一個廣泛使用的應用開發平台， 代碼可以自由重複使用，讓許多人都可以熟練地進行開發。然而，缺乏支援 I²C介面卻是一個嚴重缺陷。
感應器常局限於 USB 形式，對於加速度感應器搭配低電流專用 USB 節點的設計來說， 缺點尤為明顯。由於感應器通常位於 Windows 系統層的底部， 所以很難把感應器資料向上傳遞到 PC 應用（圖 2）。採用 I2C 或 SPI 時，需要一個額外的處理裝置來初始化所有感應器，並把它們的資料傳遞到 Windows 感應器框架，這就是「USB 人體學接口裝置」。
Windows 感應器體層
圖 2：Windows 使用 微機電感應器，需要透過一個 USB 裝置來初始化感應器， 並將它們的資料傳遞到 Windows 感應器框架中。
Google Android
Kionix 感應器同樣位於 Google Android 軟體層的底部。 不過，此平台可透過應用處理器的整合南橋，很方便地提供本機 I²C 支援（圖 3）。目前已有許多 I²C 迭代和現成可用的源代碼範例，但是隨著 Android 的加速發展，開發者的側重點是與 Android 的構建保持同步，並在新的硬體開發工具包發佈之後獲得這些工具包。
值得高興的是，Google 的作業系統是在廣泛的裝置上運行， 並且都有支援感應器。 從一開始，感應器便可與 Linux Kernel 驅動器直接互動，透過硬體抽象層 (HAL) 傳輸資料，並向上輸入到應用層。未來的挑戰是識別適合多工感應器運算的理想位置。
Android 感應器體層
圖 3：Google Android 感應器層可以透過應用處理器的整合南橋，很方便地提供本機 I²C 支援。
Apple iOS
Apple iOS 平台使用廣泛， 優勢眾多， 其中包括透過核心運動架構來處理感應器資料的組件。 它還擁有一個非常穩定、無需更換硬體的平台。不過，從感應器供應商的角度看，該平台特有的封閉式系統是一個主要的不足之處。因為軟體是為特定的硬體定制開發的，所以不能改變用途作其他應用。
總結
構建穩定且涵蓋所有移動平台，最終製造出最精簡的多工感應器，並且具備盡可能多的內建功能，這是許多感應器供應商的共同目標。僅僅透過堆疊把原始的感應器資料向上傳遞給使用者，這是遠遠不夠的。面對如此之多的驅動器層，在沒有現成可用的軟體和硬體資源下，感應器廠商面臨著一條陡峭的學習曲線。
作業系統的未來
儘管我們在感應器和移動作業系統領域取得了豐碩成果，但卻仍有改善空間。譬如 I²C 或系統管理 (SM) 總線支援， 便是感應器製造商期待解決的問題。 一個目標是匯集所有感應器， 處理運算，形成解決方案，並透過 I2C 把它傳遞到使用者空間。 這個辦法有許多的整合途徑， 但是一直以來人們更偏向於把解決方案組合在一個硬體中。
通常而言，為了縮短上市的前置作業時間，裝置製造商會對既有的 API 或 HAL 進行自定義擴展，來支援多工感應器。然而，對於感應器製造商來說更為可取的方案是把算法置於硬體內，這樣一來，為一個製造商開發的多工感應器算法便可適用於其他的製造商。標準化可令設計團隊更好地發揮技術，使他們的產品在市場上脫穎而出。
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