在我們深入細節之前，先來(lái)了解陀螺儀是做什么的吧。根據維基百科的定義：「陀螺儀是用于測量或維持方向的設備，基于角動(dòng)量守恒原理�！惯@句話(huà)的要點(diǎn)是測量 或維持方向，這是 iPhone 4 為何搭載此類(lèi)設備的原因。機械陀螺儀 — 例如左側這只 —中間有一轉盤(pán)，用以偵測方向的改變。iPhone 4 采用了微型的，電子化的振動(dòng)陀螺儀，也叫微機電陀螺儀。

第二步

微機電系統（MEMS）是一種嵌入式系統，在極小的空間內集成了電子和機械構件。一個(gè)基本的 MEMS設備由專(zhuān)用集成電路（ASIC）和微機械硅傳感器組成。在 iPhone 4 中發(fā)現的 AGD1 2022 FP6AQ 芯片據傳是由 ST微電子設計的 MEMS 陀螺儀。

Chipworks 公司已確認，該陀螺儀幾乎同目前市售的 ST 微電子 L3G4200D 一模一樣。左側是在 L3G4200D 中發(fā)現的GK10A MEMS 內核照。GK10A由一個(gè)被稱(chēng)作「待驗質(zhì)量」的金屬片組成，當驅動(dòng)信號加載于驅動(dòng)電容片時(shí)，導致其產(chǎn)生振動(dòng)（振蕩）。當用戶(hù)旋轉手機，在科里奧利力 （Coriolisforce）的作用下，在 X，Y 及 Z 軸產(chǎn)生偏移。專(zhuān)用集成電路處理器感知到待驗質(zhì)量通過(guò)其下電容器板和位于邊緣的指電容的偏移。

上圖中的 V654A 芯片將來(lái)自 GK10A 中微小的電容信號轉換成 iPhone 4可以接收的數字信號。該數據可用于，例如，視頻游戲中的方向盤(pán)轉動(dòng)，或*眼瞄準。給機械工程師的參考：MEMS 陀螺儀的靈敏度通常以mV/dps（或度每秒）衡量，因此振蕩器的輸出量（mV）除以敏感度（mV/dps）得到了角速率，以度每秒衡量。

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構。照片所顯示的是 ST LYPR540AH三軸陀螺儀，通過(guò)掃描電子顯微鏡（SEM）拍攝。MEMS 器件需要極其復雜和敏感的制造工藝，才能生產(chǎn)出準確可靠的傳感器。大多數 MEMS器件需通過(guò)膜的沉積，在蝕刻后保持無(wú)遮罩區域的形狀，最后蝕去多于的膜，完成最終產(chǎn)品。

有些 MEMS 陀螺儀的振蕩器設計令人贊嘆，例如上圖的 Kionix陀螺儀。這是一種肉眼看不見(jiàn)的美，深藏在黑色的封裝里。圖像中的比例尺顯示了其極小的規格。第二幅圖片（可訪(fǎng)問(wèn) 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(gè)紅細胞并列的長(cháng)度。

這里展示的是 SiTime 公司的 SI8002AC，外防護罩已移除。專(zhuān)用集成電路 — 用于轉換振蕩器的原始信號 —堆疊在振蕩器上方，二者用線(xiàn)接和，以利信號傳輸。整個(gè)單元密實(shí)的封裝在塑料外殼中。第二幅是博世 BMA 220 層疊核心的 X光結構照片。電線(xiàn)將二者連接在一起，并將信號引至球形柵格陣列（編者：BGA）。堆疊式芯片使得制造商在同一封裝內加入更多的功能。這對 iPhone4 等移動(dòng)設備來(lái)說(shuō)尤其重要，因為電路板空間有限。

這兩張照片是掃描電子顯微鏡所攝 SiTime SI8002 AC 內的振蕩器。MEMS器件的設計、制造與實(shí)施需要大量的工程學(xué)參與。MEMS器件真正彌合了電子與機械工程之間的缺口。而設計這樣的設備需要工業(yè)、材料、 機械、電子、和軟件工程的通力合作。大力感謝 Chipworks提供的圖片！