淺談MEMS在狀態(tài)監(jiān)控領域的優(yōu)勢

作為一項基于固態(tài)電子器件和內(nèi)置半導體制造設施技術(shù)，MEMS向狀態(tài)監(jiān)控產(chǎn)品設計師提供了幾個極具吸引力且有價值的優(yōu)勢。撇開性能因素，我們就來說說狀態(tài)監(jiān)控領域的任何人都應對MEMS加速度計感興趣的主要原因。

對于機載應用，例如健康和使用監(jiān)控系統(tǒng)(HUMS)，重量非常昂貴，每磅燃料花費數(shù)千美元。平臺上通常部署多個傳感器，如果可減少每個傳感器的重量，則可做到節(jié)約重量。如今，一個具有小于6 mm &TImes; 6 mm表貼封裝更高性能的三軸MEMS重量可以不到一克。很多MEMS產(chǎn)品的小尺寸和高度集成特性同樣能使設計師縮小最終封裝的尺寸，減輕重量。典型MEMS設備的接口是單電源，使其更易管理且更適合有助于節(jié)約成本和電纜重量的數(shù)字接口。

固態(tài)電子器件也會影響傳感器的尺寸。在印刷電路板(PCB)上安裝更小尺寸的三軸器件，并插入封閉外殼中，適合在機器上安裝和布線，有助于實現(xiàn)更小的整體封裝，能夠在平臺上靈活放置安裝更多的器件。此外，如今的MEMS設備可包括大量集成、單電壓信號調(diào)理電子器件，提供具有極低功耗的模擬和數(shù)字接口來幫助實現(xiàn)電池供電的無線產(chǎn)品。例如，高分辨率，高穩(wěn)定性三軸加速度計ADXL355具有集成∑-Δ模數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)，18位有效分辨率和4 kSPS輸出數(shù)據(jù)速率，每軸功耗低于65 ?A。

同時提供模擬、數(shù)字輸出的MEMS信號調(diào)理電路拓撲結(jié)構(gòu)很常見，因而傳感器設計人員擁有更多選擇，使傳感器適應各種各樣的情況，并且可以轉(zhuǎn)換到工業(yè)設置中可用的數(shù)字接口。例如，RS-485收發(fā)器芯片使用廣泛，并且遵守開放市場協(xié)議，如Modbus RTU，可加載到相鄰微控制器中。完整的發(fā)射器 解決方案可采用小尺寸表貼芯片設計和布局，適用于小型PCB區(qū)域，可插入支持環(huán)境魯棒性認證所需密封性或固有安全特性的封裝。

事實證明，MEMS也能夠很好地應對環(huán)境的變化。如今新一代設備的沖擊規(guī)格已達到10,000 g，但是實際上它可承受更高水平的沖擊，且不影響靈敏度規(guī)格。靈敏度可在自動測試設備(ATE)上調(diào)整，可針對高分辨率傳感器隨時間和0.01°C溫度精度的穩(wěn)定性設計和構(gòu)建?？稍?0°C到+125°C的較寬溫度范圍內(nèi)保 證整體運行性能，包括失調(diào)偏移參數(shù)。對于所有通道都在同一基板上的單芯片三軸傳感器，通常指定1%的跨軸靈敏度。最后，作為用于測量重力矢量的設備，MEMS加速度計提供直流響應，輸出噪聲密度保持在直流附近，僅受電子信號調(diào)理1/f轉(zhuǎn)折頻率限制，通過精心設計，可達到最低0.01 Hz。

或許基于MEMS傳感器的最大優(yōu)勢之一是能夠擴大生產(chǎn)規(guī)模。自1990年以來，MEMS供應商已向手機、平板電腦和汽車應用市場供應大量產(chǎn)品。MEMS傳感器和信號調(diào)理電路芯片在半導體制造設備中的生產(chǎn)能力，也可用于工業(yè)和航空領域，有助于降低總體成本。此外，過去25年來，汽車應用領域已安裝了超過十億個傳感器，事實證明，MEMS慣性傳感器的可靠性和質(zhì)量都很高。MEMS傳感器具有復雜的防撞安全系統(tǒng)，可檢測任意方向的撞擊，并適時激活安全帶收緊裝置和安全氣囊來保護乘客。陀螺儀和高穩(wěn)定性加速度計也是車輛安全控制應用的關鍵傳感器。如今的汽車系統(tǒng)廣泛應用MEMS慣性傳感器，以低成本和高度可靠性掌控汽車、保障安全。

目前，對于很多應用領域，MEMS技術(shù)都具有巨大的利益和投資潛力。MEMS除了擁有很多出眾的品質(zhì)外，MEMS慣性傳感器也有助于減少很多影響其他材料和架構(gòu)的質(zhì)量問題。MEMS慣性傳感器已經(jīng)在要求嚴苛的消費電子、航空和汽車應用中使用了超過25年，經(jīng)受過高沖擊和嚴苛環(huán)境的考驗。MEMS進一步深入要求嚴苛的高性能應用領域的時機是否成熟，例如狀態(tài)監(jiān)控？預計MEMS的性能將會持續(xù)大幅提升，為狀態(tài)監(jiān)控設備設計人員提供更多選項，進而實現(xiàn)新一代智能傳感器、無線傳感器以及低成本、垂直集成系統(tǒng)。

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