蘋果在WWDC2010大會中首次提到iPhone4內(nèi)置陀螺儀,但A4處理器,視網(wǎng)膜顯示器,外接天線這些方面很大程度上掩蓋了這一改進(jìn)。振動陀螺儀包含大量技術(shù)改進(jìn)(iPhone4拆解),當(dāng)然隨意的觀察者可能會忽視芯片本身所包含的重要內(nèi)容。我們與Chipworks 公司的合作伙伴細(xì)致為你展示這些芯片內(nèi)部 。
步驟1( iPhone 4陀螺儀拆卸)
在我們展示細(xì)節(jié)之前,先來了解陀螺儀是做什么的吧。
根據(jù)維基百科的定義:「陀螺儀是一種用來傳感與維持方向的裝置,基于角動量守恒的理論設(shè)計出來的。」這句話的要點是測量或維持方向,這是iPhone 4 為何搭載此類設(shè)備的原因。
機(jī)械陀螺儀 – 上方圖示中 – ?使用在一個旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)子中心檢測所示的方向轉(zhuǎn)變。
在iPhone 4采用了微電子版振 動陀螺儀,即所謂的MEMS陀螺儀。
步驟2
微機(jī)電系統(tǒng)(MEMS)是一種嵌入式系統(tǒng),集成了一個體積很小的大規(guī)模集成電路和機(jī)械部件。
一個基本的 MEMS 設(shè)備由專用集成電路(ASIC)和微機(jī)械硅傳感器組成。
在 iPhone 4 中發(fā)現(xiàn)的 AGD1 2022 FP6AQ 芯片據(jù)傳是由 ST ?微電子設(shè)計的 MEMS 陀螺儀。
步驟3
Chipworks公司已確認(rèn)iPhone 4 ?內(nèi)置的MEMS陀螺儀與現(xiàn)有的STMicroelectronicsL3G4200D陀螺儀幾乎一致。
左側(cè)是在 L3G4200D 中發(fā)現(xiàn)的 ?GK10A MEMS 內(nèi)核照片。
GK10A 由一個被稱作「待驗質(zhì)量」的金屬片組成,當(dāng)驅(qū)動信號加載于驅(qū)動電容片時,導(dǎo)致其產(chǎn)生振動(振蕩)。
當(dāng)用戶旋轉(zhuǎn)手機(jī),在科里奧利力(Coriolis force)的作用下,在 X,Y 及 Z 軸產(chǎn)生偏移。ASIC處理器感知到待驗質(zhì)量通過其下電容器板和位于邊緣的指電容偏移,
步驟4
上圖中的 V654A 芯片將來自 GK10A ?中微小的電容信號轉(zhuǎn)換成 iPhone 4 可以接收的數(shù)字信號。
該數(shù)據(jù)可用于多種情況,例如視頻游戲中的方向盤 轉(zhuǎn)動,或qiang眼瞄準(zhǔn)。
對于機(jī)械工程師:在MEMS陀螺儀的靈敏度,通常以mV/dps(度/每秒),所以在毫伏振蕩器(in mV)的靈敏度(mV/dps)除以規(guī)定的角速度適用于度/每秒。
步驟5
上圖并不是 iPhone 4 ?的元件,但放在這里是為了解釋 MEMS 陀螺儀不可思議的結(jié)構(gòu)。
照片所顯示的是 ST LYPR540AH 三軸陀螺儀,通過掃描電子顯微鏡(SEM)拍攝。
MEMS 器件需要極其復(fù)雜和敏感的制造工藝,才能生產(chǎn)出準(zhǔn)確可靠的傳感器。
多數(shù)MEMS器件需要對薄膜層沉積結(jié)合,蝕刻后保留覆蓋圖案的薄膜層沉積區(qū)域,消除多余的薄膜層產(chǎn)生最終產(chǎn)品。
步驟6
有的 MEMS 陀螺儀的振蕩器設(shè)計令人贊嘆,例如上圖的 Kionix 陀螺儀。這是一種肉眼看不見的美, 深藏在黑色的封裝結(jié)構(gòu)中。
圖像中的比例尺顯示了其極小的規(guī)格。第二幅圖片(可訪問 iFixit 網(wǎng)站查看)中振蕩器的厚度大約為頭發(fā)平均直徑的四分之一,或三個紅細(xì)胞并列的長度。
步驟7
這里展示的是 SiTime 公司的 SI8002AC,外防護(hù)罩已移除。
一種ASIC – 它轉(zhuǎn)換振蕩器的原始信號 – 堆疊在振蕩器上方,二者用線連接以利信號傳輸。整個單元密實的封裝在塑料外殼中。
第二幅是Bosch ?BMA 220層疊核心的 X 光結(jié)構(gòu)照片。電線將二者連接在一起,并將信號引至球形柵格陣列。
堆疊式芯片使得制造商在同一封裝內(nèi)加入更多的功能。這對 iPhone 4 等移動設(shè)備來說尤其重要,因為電路板空間有限。
步驟8
這兩張照片是掃描電子顯微鏡所攝 SiTime SI8002 AC 內(nèi)的振蕩器。
MEMS 器件的設(shè)計、制造與實施需要大量的工程學(xué)內(nèi)容。MEMS 器件真正彌合了電子與機(jī)械工程之間的缺口。而設(shè)計這樣的設(shè)備需要工業(yè)、材料、機(jī)械、電子、和軟件工程的通力合作。
在iPhone 4陀螺儀包含GK10A微機(jī)電系統(tǒng)芯片振動陀螺儀具有包括汽車偏航傳感器,游戲控制器,攝像機(jī)和圖像穩(wěn)定方面的實際用途?,F(xiàn)在,iPhone 4應(yīng)用程序和游戲也可以受益于他們精確作用。該拆解不僅涵蓋了iPhone 4的陀螺儀,而且包括振動陀螺儀。我們盡力解釋振動陀螺儀的 功能,并在微觀水平記錄它們內(nèi)部作用。
STLYPR540AH三軸MEMS陀螺儀,掃描電子顯微鏡拍攝。
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