今天要介紹的博世Sensortec就是其中一個。

看看拆機黨拆开的iPhoneX，上面這塊電路板就是前面我們介紹過的奧地利奧特斯做的。圖上紅线指的那個小黑點，就是今天我們要介紹慣性測量單元，簡稱IMU，即Inertial Measurement Unit。

這個小黑點，是個MEMS器件。MEMS就是微機電系統的意思（Micro-Electro-Mechanical System）。

既然這個芯片是IMU慣性測量單元，那么我們就知道：這個安裝點就是組裝後的iPhoneX的重心位置。iPhoneX的很多功能都要靠它，比如：散步時的計步、拍照時的防抖、進入隧道以後沒有GPS信號時的導航等等。

微機電系統MEMS

所謂微機電系統MEMS，今天只能簡單說說，以後我們再稍微詳細講解。我們知道，一個日常所見的機電系統，比如你家的指紋門鎖，就是一個典型的智能機電系統，這樣的系統往往包括：電源（電池），傳感器（就是指紋採集），機械結構、執行機構，CPU、控制電路、智能算法（軟件）等等。所謂MEMS就是要把這樣的一個機電系統做成一個mm級大小甚至更小的裝置。不用說，既然整個裝置的尺寸都是mm級了，那么它的內部結構就一定是微米甚至納米量級了。

毫無疑問，制作這樣的微型裝置就一定要借鑑半導體生產技術了，綜合利用光刻、腐蝕、鍍膜、LIGA、硅材料和非硅材料的微加工技術，以及精密機械加工技術了。

不用說，MEMS可以說是牛逼的不能再牛逼的技術了。

因爲這種裝置，盡管內部是一個完整的智能化的機電系統，但已經做成一個尺寸只有mm級的東西，事實上就變成一個智能器件了，因此，我們把這樣的器件統稱爲MEMS器件。

眼下常見的MEMS器件有：MEMS加速度計、MEMS麥克風、微馬達、微泵、微振子、MEMS壓力傳感器、MEMS陀螺儀、MEMS溼度傳感器等，還有很多集成這些MEMS器件的MEMS產品，那就是MEMS的MEMS了。

有了MEMS，這個世界以後會變成什么樣子，沒人知道。今天我們也不深入介紹，這裏面牽涉到的學問太多太多了，但以後別人跟你說起MEMS器件，MEMS技術，至少你算是聽說過了。

今天我們要介紹這個iPhoneX上的慣性測量單元IMU就是這樣的MEMS器件，來自德國博世的Sensortec，採用16pin LGA封裝，尺寸3.0*3.0*0.6mm，0.5mm Pitch size（引腳間距）。

圖片來自網絡

博世Sensortec的6軸IMU

今天我們肯定不可能介紹博世，博世太大了，2017年全球員工超40萬，分布在60多個國家，有四大業務板塊：汽車與智能交通技術、工業技術、能源與建築技術、消費品。汽車與智能交通技術是最大的業務板塊。歐洲市場是主要的銷售來源，佔公司業務的52%，亞太區以及美國分別具有30%以及18%的銷售額。集團在中國2017年達到了約78億歐元的銷售額。

博世實在太牛了。中國人常常說：研究一代，开發一代，生產一代。這個對絕大多數廠商其實是扯淡，但對博世就是真家夥了，只是博世不像中國人這么善於總結。或者說博世還多了一個，在研究一代之前還有個展望一代。博世的开發一代，是指未來5-10年的技術，研究一代是指未來10-20年的技術，展望一代，就是未來20-50年的技術了。

今天，我們介紹的這個蘋果背後的那個幕後英雄，給iPhoneX配備慣性測量單元IMU的Bosch Sensortec，只是博世旗下的一個做MEMS傳感器的部門，專注於消費類業務，主要是MEMS傳感器在消費品的應用。

這個IMU最早出現在蘋果手表Apple Watch 3。當時蘋果在开發AppleWatch 3的時候，決定給Apple Watch 3增加LTE模塊，這就給這個智能手表的厚度提出了挑战：IMU必須更薄。爲此，博世對自己的MEMS傳感器技術做了很大的改變：革新了多年不變的MEMS加工制程，加速度計與陀螺儀也採用了全新制程；特別是在加速度計方面，拋棄了舊式的單體(single-mass)結構，改採能實現更佳感測性能的新結構。最終Bosch Sensortec將IMUMEMS傳感器組件的厚度從0.9mm降低到0.6mm，實現了目前市場上最薄的六軸IMU。整個芯片設計爲ASIC芯片，實現了傳感器數據融合，用於處理加速度計和陀螺儀的數據，具有更低的功耗和附加功能。

於是，蘋果在iPhone8和iPhoneX上都採用了這個IMUMEMS組件。

這意味着德國Bosch Sensortec打敗了InvenSense成爲iPhone 8與iPhone X的傳感器供貨商，在AppleWatch Series 3則打敗STMicroelectronics。

光是這三款應用每年爲博世帶來數億顆的出貨量。

位置與姿態簡介

前面講到這個器件是個6軸IMU。因爲一個物體在空間有六個自由度（DOF，Degree ofFreedom），三個位置xyz，三個姿態，也就是繞三個軸的旋轉。三個姿態在數學上採用歐拉角來描述，也就是RPY角，即ROLL-PITCH-YAW。就以海上航行的船只或者天上飛的飛機爲例，中文說法是：滾動、俯仰、偏航。這兒的俯仰就是點頭，偏航就是搖頭，滾動就是側翻。

這個器件內部集成了3個陀螺儀和三個加速度傳感器，簡稱爲加速度計。

陀螺簡介

說起陀螺儀，這又要捅一個馬蜂窩了。但蘆葦博士也不只是那種只拿了個博士學位的博士，從來都是“看熱鬧不嫌事大”。既然敢在喜馬拉雅上搞個科普節目，並注冊微公號分享，就從來都不怕什么馬蜂窩，見到就只管捅。

陀螺儀的基本原理是陀螺在高速旋轉時會保持角動能守恆，在支撐陀螺的支架的姿態發生改變是，陀螺本身的旋轉軸有抗拒改變方向的慣性。

不管是天上的飛機和衛星，打出去的導彈，還是地上的汽車和機器人，都要用到陀螺儀來實時檢測自己的姿態。因爲有三個姿態角要測量，這就需要三個獨立的陀螺儀。

比如說，打出去的導彈，如果沒有穩定而且准確的陀螺儀來實時監測導彈的姿態，再精確的制導控制都是百搭。像哈勃天文望遠鏡這種長年在天上運行的大家夥，上面的每個遙控裝置都要有三個一套的陀螺儀，還必須至少1:1的備份。

當然啦，既然陀螺儀是用來測量姿態的，就一定是裝在被測裝置的重心上，因此你們就理解了爲什么iPhoneX的IMU要放到线路板的那個位置了。

有了三個軸的加速度計，通過積分就能得到速度，再積分就能得到位置。這樣，三個位置，三個姿態的信息都有了。

最狠的是，這6個數據的測量都是IMU一個人完成的，不需要依賴任何外來的輔助。那么電子幹擾等手段就幾乎幹擾不了它。也就是說，在战場上，即使遇到敵方的強電磁幹擾，我方的坦克還能借助這樣的IMU閉眼盲走，就像進了隧道，沒有了GPS，我們的汽車照樣導航一樣。

當然，因爲這種積分存在累積誤差，這樣，如果有高精度地圖，你會發現車子明明开在車道的正中間，但地圖上顯示你开偏了。但不要緊，一出隧道，GPS有了，就馬上修正了。

高科技，要么拿來享受，要么拿來玩

當然，博世Sensortec的這個IMU裏面的數據融合技術也是很牛的。面對這樣的高科技產品，我的這個科普只是說說這是個什么東西，真正玩起來這裏面的東西是很過癮的。電子愛好者可以自己买MCU，自己买陀螺等元件，搭建一個平台，自己寫軟件，看看自己的測量精度能達到多少，積分的誤差和速度能達到多少。這個我就不多說了。我是真的羨慕現在的小孩啊，有那么多好玩的東西，又有條件玩。要是我當年有這樣的條件該多好啊。我真搞不懂竟然有人要傻乎乎地去玩遊戲。

總之，高科技的東西，不是拿來用的，就是拿來玩的。懂點科普，就是有水平的用戶了。懂得玩，自己搭個平台來玩，就是有水平的玩家了

本文作者可以追加內容哦 !