MEMS傳感器在環(huán)境和工業(yè)應用中帶來的創(chuàng)新和突破來自于在降低成本基礎上的廣泛使用。對于環(huán)境應用而言,可以想象一下如果傳感器已經(jīng)存在于全世界億萬智能手機中,那么它們可用來采集和報告環(huán)境信息。當使用MEMS器件的傳感器每節(jié)點成本繼續(xù)下降,勢必MEMS器件的工業(yè)應用會增加。一個MEMS麥克風加上一個MPU(微處理單元)和一個無線電通信線路,可以用于監(jiān)控大型電機或旋轉電機的噪音級別并對噪音進行頻譜分析,當感測到的聲音和頻譜特征出錯或探測到其他問題,就會發(fā)出信號傳送到中央監(jiān)控站要求檢修。
由于價格相對較高,以及在汽車、工業(yè)及醫(yī)療等領域的應用范圍不斷擴大,壓力傳感器有望成為銷售額最高的MEMS器件。由于補償水平、裸片校準與封裝類型的不同,MEMS壓力傳感器的平均價格目前相差很大,面向高價值工業(yè)與醫(yī)療應用的從幾美元到幾十美元不等,而面向飛機液壓系統(tǒng)或飛行數(shù)據(jù)測量等專業(yè)應用的則高達幾百美元,包括在惡劣的介質(zhì)、溫度和壓力條件下的工業(yè)應用組合。MEMS壓力傳感器在汽車中的一個新應用是傳動系統(tǒng)壓力感測。在工業(yè)領域,MEMS壓力傳感器的主要應用包括采暖通風及空調(diào)(HVAC)、水平面測量、各種工業(yè)過程與控制應用。
MEMS最新發(fā)展集中在定時振蕩器
此外,污染和花粉探測正在成為環(huán)境傳感器的一個熱點話題,尤其是考慮到煙霧/過敏原在大城市呈現(xiàn)出高水平。在工業(yè)應用領域,機器人將繼續(xù)推動對越來越精密傳感器的需求。
飛思卡爾公司的孫淙也表示,MEMS器件正越來越多地應用到環(huán)境和工業(yè)中,例如MEMS化學氣體和壓力傳感器,這將促進檢測和傳感設備的小型化和便攜化,更方便于環(huán)境監(jiān)測和工業(yè)檢測。同時,預計采用MEMS傳感器的無線物聯(lián)網(wǎng)節(jié)點也將越來越多地應用于環(huán)境和工業(yè)領域。針對工業(yè)應用領域,飛思卡爾推出的MMA8491是一款低功耗的12位三軸加速度傳感器,逐秒采樣時運行耗電低于400nA,關斷電流小于10nA。MMA8491非常適合于用于無線物聯(lián)網(wǎng)節(jié)點,提供諸如設備追蹤,震動以及傾斜檢測。MMA8491提供適用于高可靠性要求的工業(yè)領域的封裝外形。
ADI公司的ADXL377是業(yè)界首款商用高量程三軸加速度計。ADXL377可測量±200g滿量程范圍內(nèi)且無信號飽和情況下由沖擊和振動引起的高沖擊事件的加速度。該測量范圍與可連續(xù)捕捉?jīng)_擊數(shù)據(jù)的模擬輸出相結合,使ADXL377成為接觸類運動的理想傳感器,可通過檢測沖擊力來了解創(chuàng)傷性腦損傷(TBI)指標。
IDT公司MEMS部門總經(jīng)理Harmeet Bhugra的觀點是,MEMS技術的最新發(fā)展集中在振蕩器(定時參考)領域。“到目前為止,MEMS僅在諸如手機傳感器這樣的消費產(chǎn)品中獲得采用,下一階段的快速發(fā)展將圍繞定時振蕩器展開。MEMS振蕩器受到如高性能路由器、交換機和存儲集群這樣數(shù)據(jù)中心企業(yè)應用的巨大推動,性能已得到足夠提升。”IDT公司針對云計算和企業(yè)應用推出了計時振蕩器,其4H性能MEMS振蕩器具有100飛秒(fs)典型相位抖動性能和集成的頻率裕量設定能力(圖3)。IDT高性能振蕩器的超低相位抖動和可修改的輸出頻率顯著降低萬兆以太網(wǎng)(10GbE)交換器、路由器和其他相關網(wǎng)絡設備的誤碼率(BER)。
MEMS時鐘器件進入手機市場
除了慣性傳感器,傳統(tǒng)的石英晶振也正在被硅MEMS器件取代,硅時鐘器件憑借標準的半導體工藝和可高量產(chǎn)的塑殼封裝技術,使得時鐘晶振器件的交貨周期和供貨發(fā)生革命性變化,尺寸也更小?!澳壳俺霈F(xiàn)顯著增長的一個應用領域是用MEMS時鐘芯片替代傳統(tǒng)石英時鐘,這能夠為用戶帶來更高的性能、靈活性、可靠性,更小的元件尺寸和更低的功耗。”SiTime公司市場營銷執(zhí)行副總裁Piyush Sevalia談到。他認為,在今后兩年內(nèi),MEMS時鐘在各種應用中的普及將會推動MEMS產(chǎn)業(yè)的增長。面向MEMS時鐘的新應用包括智能手機、平板電腦、數(shù)碼相機、運動健身器材(如手表),醫(yī)療健康設備(血壓計、血糖檢測儀等)、電子配件(如MP3、耳機)以及計算機外圍設備(無線鼠標、觸控板等)。
SiTime的MEMS時鐘器件包括振蕩器,諧振器和時鐘發(fā)生器已在各類消費和移動電子產(chǎn)品中被廣泛采納。此外,SiTime元件具有可編程的功能,為用戶提供了極強的靈活性和新功能,如頻率精度達到小數(shù)點6位。SiTime的硅MEMS時種器件由低功耗MEMS與可編程的模擬電路集成,采用完全的硅制程工藝。繼推出針對系統(tǒng)設備、工業(yè)控制和消費電子的高端硅MEMS后,SiTime公司最新的SiT15xx系列32kHz MEMS振蕩器(圖4)以多種方式克服了基于石英器件的限制,占位面積減小了85%,功耗降低了50%,可靠性提高了15倍,所有這些都有助于實現(xiàn)體積更小、功耗更低和更耐用的移動電子產(chǎn)品。此外,各種醫(yī)療健身器件和目前非常熱門的各種智能配帶式產(chǎn)品如智能手表、智能眼鏡等等也非常適合使用硅MEMS時鐘振蕩器。
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