集成電路技術大幅提升MEMS性能

ST: Vishal GOYAL

MEMS（微機電系統）傳感器深受運動、加速度、傾斜度和振動測量市場的歡迎。MEMS傳感器是系統級封裝解決方案，具有高分辨率、低功耗和尺寸緊湊等諸多優點。

MEMS完全不同于主要利用硅的電性質的半導體芯片。MEMS的核心部件沒有柵-漏-源三極，而是一個完全由硅制成的微型機械結構。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或游戲機控制器上增加一個直觀的人機界面，使人的動作與安裝MEMS傳感器的設備實現互動。

在洗衣機或干衣機等家電設備中，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。

單軸和雙軸加速度計被廣泛用于汽車被動安全系統，如正面安全氣囊和側面安全氣囊。加速度計和陀螺儀還被用于導航系統和主動安全系統，如ABS制動系統和車輪動態穩定控制系統。

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，用于解決各種應用問題。

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機等電池供電產品的發展趨勢。而且，多軸傳感器已成為消費電子設備的必備配置，讓消費者能夠從任何物理位置激活任何功能。在便攜產品中，還沒有固定的MEMS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較終應用中。

處于MEMS技術發展的較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、地磁計，這個解決方案可提升包括運動監測在內的各種應用的功能性和性能。集成傳感器可實現自主系統和自動化系統，監測特定條件并將其轉化成操作，無需或只需用戶很小程度的介入。

在手機、游戲機、個人導航系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、速度和方向并提供相關的完整信息。

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。

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功能后，消費者只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。

把運動檢測與磁力感應功能結合在一起，可在多方面提高移動用戶的使用體驗。應用程序開發人能夠很好地解決在顯示屏尺寸有限的手機或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，顯示屏其余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、低功耗等多項優點，能夠滿足市場對先進導航功能以及新興的智能定位服務的日益增長的需求。意法半導體的高性能系統級封裝的數字羅盤采用霍尼韋爾公司的磁阻技術，以促進增強型電子羅盤功能在便攜消費電子設備中的應用，羅盤功能包括方位查找、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范圍是 ±2/±4/±8g，磁場強度測量范圍從±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，用于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系統。

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，從而能夠降低系統級功耗，這對耗電量極大的手持設備具有重要意義。

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