MEMS傳感器性能大幅提升
發布時間:2012-10-29 責任編輯:Lynnjiao
【導讀】MEMS(微機電係統)傳感器深受運動、加速度、傾斜度和振動測量市場的歡迎。MEMS傳感器是係統級封裝解決方案,具有高分辨率、低功耗和尺寸緊湊等諸多優點。一個典型的MEMS結構包括質量矩滑塊、彈簧和阻尼器,工作原理與質量彈簧模型基本相同。
MEMS完全不同於主要利用矽的電性質的半導體芯片。MEMS的核心部件沒有柵-漏-源三極,而是一個完全由矽製成的微型機械結構。一個典型的MEMS結構包括質量矩滑塊、彈簧和阻尼器,工作原理與質量彈簧模型基本相同。
MEMS傳感器可以給手機、MP3/MP4 播放器、PDA或遊戲機控製器上增加一個直觀的人機界麵,使人的動作與安裝MEMS傳感器的設備實現互動。
在洗衣機或幹衣機等家電設備中,MEMS加速計還能充當振動檢測器,當機器內的負荷失衡時,洗衣機就會報警通知用戶,以防機器在出現故障前被過早的磨損。

圖1:單軸和雙軸加速度計被廣泛用於汽車被動安全係統
單dan軸zhou和he雙shuang軸zhou加jia速su度du計ji被bei廣guang泛fan用yong於yu汽qi車che被bei動dong安an全quan係xi統tong,如ru正zheng麵mian安an全quan氣qi囊nang和he側ce麵mian安an全quan氣qi囊nang。加jia速su度du計ji和he陀tuo螺luo儀yi還hai被bei用yong於yu導dao航hang係xi統tong和he主zhu動dong安an全quan係xi統tong,如ruABS製動係統和車輪動態穩定控製係統。
前幾年,MEMS傳感器出現“消費電子化”趨勢。MEMS傳感器開始滲透到消費電子市場,用於解決各種應用問題。
消費電子廠家在尋找微型、低廉、低壓、低功耗的MEMS傳感器。纖薄設計是手機、MP3和MP4播放器以及便攜PC機ji等deng電dian池chi供gong電dian產chan品pin的de發fa展zhan趨qu勢shi。而er且qie,多duo軸zhou傳chuan感gan器qi已yi成cheng為wei消xiao費fei電dian子zi設she備bei的de必bi備bei配pei置zhi,讓rang消xiao費fei者zhe能neng夠gou從cong任ren何he物wu理li位wei置zhi激ji活huo任ren何he功gong能neng。在zai便bian攜xie產chan品pin中zhong,還hai沒mei有you固gu定ding的deMEMS傳感器應用參考框架。
此外,消費電子產品的生命周期越來越短,因此產品設計人員要求MEMS能夠快速無縫地集成到最終應用中。
處於MEMS技術發展的最前沿的意法半導體開始在一個封裝內整合多個傳感器:加速計、陀螺儀、地di磁ci計ji,這zhe個ge解jie決jue方fang案an可ke提ti升sheng包bao括kuo運yun動dong監jian測ce在zai內nei的de各ge種zhong應ying用yong的de功gong能neng性xing和he性xing能neng。集ji成cheng傳chuan感gan器qi可ke實shi現xian自zi主zhu係xi統tong和he自zi動dong化hua係xi統tong,監jian測ce特te定ding條tiao件jian並bing將jiang其qi轉zhuan化hua成cheng操cao作zuo,無wu需xu或huo隻zhi需xu用yong戶hu很hen小xiao程cheng度du的de介jie入ru。
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在手機、遊戲機、個人導航係統等便攜移動設備內,一個能夠精確測量三個正交軸向的角速率的傳感器可實現360°角速率檢測,高精度識別3D手勢和動作。此外,一個3軸加速度計配合一個陀螺儀,可讓設計人員研發慣性測量單元,跟蹤人體、汽車和其它物體的運動類型、速度和方向並提供相關的完整信息。

圖2:精確測量三個正交軸向的角速率的傳感器應用於便攜移動設備內
意法半導體的加速計內置很多增強型功能,包括單擊和雙擊識別、動作檢測/喚醒以及4D/6D方向檢測。其它重要特性包括一個可編程的FIFO (先入先出)緩存和兩個可編程中斷信號輸出引腳,以便向主處理器立即通知動作檢測、單擊/雙擊事件等條件。

圖3:在手機內集成羅盤模塊提供先進的位置相關服務
在手機內集成羅盤模塊提供先進的位置相關服務在手機市場引發一場應用革命。有了羅盤和GPS功能後,消費者隻要把手機指向附近服務設施,如酒店或商場,就能夠識別和搜索相關目標的信息。
把(ba)運(yun)動(dong)檢(jian)測(ce)與(yu)磁(ci)力(li)感(gan)應(ying)功(gong)能(neng)結(jie)合(he)在(zai)一(yi)起(qi),可(ke)在(zai)多(duo)方(fang)麵(mian)提(ti)高(gao)移(yi)動(dong)用(yong)戶(hu)的(de)使(shi)用(yong)體(ti)驗(yan)。應(ying)用(yong)程(cheng)序(xu)開(kai)發(fa)人(ren)能(neng)夠(gou)很(hen)好(hao)地(di)解(jie)決(jue)在(zai)顯(xian)示(shi)屏(ping)尺(chi)寸(cun)有(you)限(xian)的(de)手(shou)機(ji)或(huo)PDA上查看地圖的問題,他們把用戶當前位置放在地圖的底端,顯示屏其餘部分則顯示前進方向(正上方),用戶能夠獲取準確的前進信息。當沒有GPS信號時,可指示一個人或汽車正在行進的方向。這個解決方案還支持航位推測應用程序,包括在GPS信號沒有或很弱的地方步行導航,例如,在高樓大廈內或森林茂密的山區環境行走時。
意法半導體在LSM303DLH模塊內整合了一個3軸數字加速度計和一個3軸數字地磁計。這款數字羅盤兼備高精度、小尺寸、低(di)功(gong)耗(hao)等(deng)多(duo)項(xiang)優(you)點(dian),能(neng)夠(gou)滿(man)足(zu)市(shi)場(chang)對(dui)先(xian)進(jin)導(dao)航(hang)功(gong)能(neng)以(yi)及(ji)新(xin)興(xing)的(de)智(zhi)能(neng)定(ding)位(wei)服(fu)務(wu)的(de)日(ri)益(yi)增(zeng)長(chang)的(de)需(xu)求(qiu)。意(yi)法(fa)半(ban)導(dao)體(ti)的(de)高(gao)性(xing)能(neng)係(xi)統(tong)級(ji)封(feng)裝(zhuang)的(de)數(shu)字(zi)羅(luo)盤(pan)采(cai)用(yong)霍(huo)尼(ni)韋(wei)爾(er)公(gong)司(si)的(de)磁(ci)阻(zu)技(ji)術(shu),以(yi)促(cu)進(jin)增(zeng)強(qiang)型(xing)電(dian)子(zi)羅(luo)盤(pan)功(gong)能(neng)在(zai)便(bian)攜(xie)消(xiao)費(fei)電(dian)子(zi)設(she)備(bei)中(zhong)的(de)應(ying)用(yong),羅(luo)盤(pan)功(gong)能(neng)包(bao)括(kuo)方(fang)位(wei)查(zha)找(zhao)、地圖/顯示方位、定位服務和步行方位推測。該產品的線性加速度測量範圍是 ±2/±4/±8g,磁場強度測量範圍從±1.3 到±8高斯,這兩個量程可由用戶任意選擇。
很多技術專家和商業專家認為無線傳感器網絡、家庭機器人、智能藥片和片上實驗室是MEMS傳感器的下一次商業機會。例如,用於個性化藥物研發目的的片上實驗室和5節點無線壓力傳感器網絡組成的胎壓監測係統。
意法半導體的MEMS專家目前正在傾力研發智能傳感器。‘智能傳感器’在一個封裝內整合MEMS器件和處理器,無需主處理器介入即可獨立運行傳感器算法,從而能夠降低係統級功耗,這對耗電量極大的手持設備具有重要意義。
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