集成电路技术大幅提升MEMS性能

ST: Vishal GOYAL

MEMS（微机电系统）传感器深受运动、加速度、倾斜度和振动测量市场的欢迎。MEMS传感器是系统级封装解决方案，具有高分辨率、低功耗和尺寸紧凑等诸多优点。

MEMS完全不同于主要利用硅的电性质的半导体芯片。MEMS的核心部件没有栅-漏-源三极，而是一个完全由硅制成的微型机械结构。一个典型的MEMS结构包括质量矩滑块、弹簧和阻尼器，工作原理与质量弹簧模型基本相同。

MEMS传感器可以给手机、MP3/MP4 播放器、PDA或游戏机控制器上增加一个直观的人机界面，使人的动作与安装MEMS传感器的设备实现互动。

在洗衣机或干衣机等家电设备中，MEMS加速计还能充当振动检测器，当机器内的负荷失衡时，洗衣机就会报警通知用户，以防机器在出现故障前被过早的磨损。

单轴和双轴加速度计被广泛用于汽车被动安全系统，如正面安全气囊和侧面安全气囊。加速度计和陀螺仪还被用于导航系统和主动安全系统，如ABS制动系统和车轮动态稳定控制系统。

前几年，MEMS传感器出现“消费电子化”趋势。MEMS传感器开始渗透到消费电子市场，用于解决各种应用问题。

消费电子厂家在寻找微型、低廉、低压、低功耗的MEMS传感器。纤薄设计是手机、MP3和MP4播放器以及便携PC机等电池供电产品的发展趋势。而且，多轴传感器已成为消费电子设备的必备配置，让消费者能够从任何物理位置激活任何功能。在便携产品中，还没有固定的MEMS传感器应用参考框架。

此外，消费电子产品的生命周期越来越短，因此产品设计人员要求MEMS能够快速无缝地集成到较终应用中。

处于MEMS技术发展的较前沿的意法半导体开始在一个封装内整合多个传感器：加速计、陀螺仪、地磁计，这个解决方案可提升包括运动监测在内的各种应用的功能性和性能。集成传感器可实现自主系统和自动化系统，监测特定条件并将其转化成操作，无需或只需用户很小程度的介入。

在手机、游戏机、个人导航系统等便携移动设备内，一个能够精确测量三个正交轴向的角速率的传感器可实现360°角速率检测，高精度识别3D手势和动作。此外，一个3轴加速度计配合一个陀螺仪，可让设计人员研发惯性测量单元，跟踪人体、汽车和其它物体的运动类型、速度和方向并提供相关的完整信息。

意法半导体的加速计内置很多增强型功能，包括单击和双击识别、动作检测/唤醒以及4D/6D方向检测。其它重要特性包括一个可编程的FIFO (先入先出)缓存和两个可编程中断信号输出引脚，以便向主处理器立即通知动作检测、单击/双击事件等条件。

在手机内集成罗盘模块提供先进的位置相关服务在手机市场引发一场应用革命。有了罗盘和GPS功能后，消费者只要把手机指向附近服务设施，如酒店或商场，就能够识别和搜索相关目标的信息。

把运动检测与磁力感应功能结合在一起，可在多方面提高移动用户的使用体验。应用程序开发人能够很好地解决在显示屏尺寸有限的手机或PDA上查看地图的问题，他们把用户当前位置放在地图的底端，显示屏其余部分则显示前进方向（正上方），用户能够获取准确的前进信息。当没有GPS信号时，可指示一个人或汽车正在行进的方向。这个解决方案还支持航位推测应用程序，包括在GPS信号没有或很弱的地方步行导航，例如，在高楼大厦内或森林茂密的山区环境行走时。

意法半导体在LSM303DLH模块内整合了一个3轴数字加速度计和一个3轴数字地磁计。这款数字罗盘兼备高精度、小尺寸、低功耗等多项优点，能够满足市场对先进导航功能以及新兴的智能定位服务的日益增长的需求。意法半导体的高性能系统级封装的数字罗盘采用霍尼韦尔公司的磁阻技术，以促进增强型电子罗盘功能在便携消费电子设备中的应用，罗盘功能包括方位查找、地图/显示方位、定位服务和步行方位推测。该产品的线性加速度测量范围是 ±2/±4/±8g，磁场强度测量范围从±1.3 到±8高斯，这两个量程可由用户任意选择。

很多技术专家和商业专家认为无线传感器网络、家庭机器人、智能药片和片上实验室是MEMS传感器的下一次商业机会。例如，用于个性化药物研发目的的片上实验室和5节点无线压力传感器网络组成的胎压监测系统。

意法半导体的MEMS专家目前正在倾力研发智能传感器。‘智能传感器’在一个封装内整合MEMS器件和处理器，无需主处理器介入即可独立运行传感器算法，从而能够降低系统级功耗，这对耗电量极大的手持设备具有重要意义。

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