集成電路技術(shù)大幅提升MEMS性能

ST: Vishal GOYAL

MEMS（微機(jī)電系統(tǒng)）傳感器深受運(yùn)動、加速度、傾斜度和振動測量市場的歡迎。MEMS傳感器是系統(tǒng)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(yōu)點(diǎn)。

MEMS完全不同于主要利用硅的電性質(zhì)的半導(dǎo)體芯片。MEMS的核心部件沒有柵-漏-源三極，而是一個完全由硅制成的微型機(jī)械結(jié)構(gòu)。一個典型的MEMS結(jié)構(gòu)包括質(zhì)量矩滑塊、彈簧和阻尼器，工作原理與質(zhì)量彈簧模型基本相同。

MEMS傳感器可以給手機(jī)、MP3/MP4 播放器、PDA或游戲機(jī)控制器上增加一個直觀的人機(jī)界面，使人的動作與安裝MEMS傳感器的設(shè)備實(shí)現(xiàn)互動。

在洗衣機(jī)或干衣機(jī)等家電設(shè)備中，MEMS加速計(jì)還能充當(dāng)振動檢測器，當(dāng)機(jī)器內(nèi)的負(fù)荷失衡時(shí)，洗衣機(jī)就會報(bào)警通知用戶，以防機(jī)器在出現(xiàn)故障前被過早的磨損。

單軸和雙軸加速度計(jì)被廣泛用于汽車被動安全系統(tǒng)，如正面安全氣囊和側(cè)面安全氣囊。加速度計(jì)和陀螺儀還被用于導(dǎo)航系統(tǒng)和主動安全系統(tǒng)，如ABS制動系統(tǒng)和車輪動態(tài)穩(wěn)定控制系統(tǒng)。

前幾年，MEMS傳感器出現(xiàn)“消費(fèi)電子化”趨勢。MEMS傳感器開始滲透到消費(fèi)電子市場，用于解決各種應(yīng)用問題。

消費(fèi)電子廠家在尋找微型、低廉、低壓、低功耗的MEMS傳感器。纖薄設(shè)計(jì)是手機(jī)、MP3和MP4播放器以及便攜PC機(jī)等電池供電產(chǎn)品的發(fā)展趨勢。而且，多軸傳感器已成為消費(fèi)電子設(shè)備的必備配置，讓消費(fèi)者能夠從任何物理位置激活任何功能。在便攜產(chǎn)品中，還沒有固定的MEMS傳感器應(yīng)用參考框架。

此外，消費(fèi)電子產(chǎn)品的生命周期越來越短，因此產(chǎn)品設(shè)計(jì)人員要求MEMS能夠快速無縫地集成到較終應(yīng)用中。

處于MEMS技術(shù)發(fā)展的較前沿的意法半導(dǎo)體開始在一個封裝內(nèi)整合多個傳感器：加速計(jì)、陀螺儀、地磁計(jì)，這個解決方案可提升包括運(yùn)動監(jiān)測在內(nèi)的各種應(yīng)用的功能性和性能。集成傳感器可實(shí)現(xiàn)自主系統(tǒng)和自動化系統(tǒng)，監(jiān)測特定條件并將其轉(zhuǎn)化成操作，無需或只需用戶很小程度的介入。

在手機(jī)、游戲機(jī)、個人導(dǎo)航系統(tǒng)等便攜移動設(shè)備內(nèi)，一個能夠精確測量三個正交軸向的角速率的傳感器可實(shí)現(xiàn)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(jì)配合一個陀螺儀，可讓設(shè)計(jì)人員研發(fā)慣性測量單元，跟蹤人體、汽車和其它物體的運(yùn)動類型、速度和方向并提供相關(guān)的完整信息。

意法半導(dǎo)體的加速計(jì)內(nèi)置很多增強(qiáng)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。

在手機(jī)內(nèi)集成羅盤模塊提供先進(jìn)的位置相關(guān)服務(wù)在手機(jī)市場引發(fā)一場應(yīng)用革命。有了羅盤和GPS功能后，消費(fèi)者只要把手機(jī)指向附近服務(wù)設(shè)施，如酒店或商場，就能夠識別和搜索相關(guān)目標(biāo)的信息。

把運(yùn)動檢測與磁力感應(yīng)功能結(jié)合在一起，可在多方面提高移動用戶的使用體驗(yàn)。應(yīng)用程序開發(fā)人能夠很好地解決在顯示屏尺寸有限的手機(jī)或PDA上查看地圖的問題，他們把用戶當(dāng)前位置放在地圖的底端，顯示屏其余部分則顯示前進(jìn)方向（正上方），用戶能夠獲取準(zhǔn)確的前進(jìn)信息。當(dāng)沒有GPS信號時(shí)，可指示一個人或汽車正在行進(jìn)的方向。這個解決方案還支持航位推測應(yīng)用程序，包括在GPS信號沒有或很弱的地方步行導(dǎo)航，例如，在高樓大廈內(nèi)或森林茂密的山區(qū)環(huán)境行走時(shí)。

意法半導(dǎo)體在LSM303DLH模塊內(nèi)整合了一個3軸數(shù)字加速度計(jì)和一個3軸數(shù)字地磁計(jì)。這款數(shù)字羅盤兼?zhèn)涓呔�度、小尺寸、低功耗等多�?xiàng)優(yōu)點(diǎn)，能夠滿足市場對先進(jìn)導(dǎo)航功能以及新興的智能定位服務(wù)的日益增長的需求。意法半導(dǎo)體的高性能系統(tǒng)級封裝的數(shù)字羅盤采用霍尼韋爾公司的磁阻技術(shù)，以促進(jìn)增強(qiáng)型電子羅盤功能在便攜消費(fèi)電子設(shè)備中的應(yīng)用，羅盤功能包括方位查找、地圖/顯示方位、定位服務(wù)和步行方位推測。該產(chǎn)品的線性加速度測量范圍是 ±2/±4/±8g，磁場強(qiáng)度測量范圍從±1.3 到±8高斯，這兩個量程可由用戶任意選擇。

很多技術(shù)專家和商業(yè)專家認(rèn)為無線傳感器網(wǎng)絡(luò)、家庭機(jī)器人、智能藥片和片上實(shí)驗(yàn)室是MEMS傳感器的下一次商業(yè)機(jī)會。例如，用于個性化藥物研發(fā)目的的片上實(shí)驗(yàn)室和5節(jié)點(diǎn)無線壓力傳感器網(wǎng)絡(luò)組成的胎壓監(jiān)測系統(tǒng)。

意法半導(dǎo)體的MEMS專家目前正在傾力研發(fā)智能傳感器�！�智能傳感器’在一個封裝內(nèi)整合MEMS器件和處理器，無需主處理器介入即可獨(dú)立運(yùn)行傳感器算法，從而能夠降低系統(tǒng)級功耗，這對耗電量極大的手持設(shè)備具有重要意義。

相關(guān)閱讀:

• ...2011/09/27 14:28·正確使用MOS集成電路的注意事項(xiàng)
• ...2011/09/21 16:27·怎樣正確使用MOS集成電路
• ...2010/02/25 15:07·集成電路測試儀電源電路的仿真設(shè)計(jì)研究與應(yīng)用
• ...2008/10/17 11:46·集成電路：異步DSP核設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)低功耗高性能