作者 Ed Spence ADI公司工业传感器业务部营销司理
摘要：市场上呈现的许多选用微型机电体系(MEMS)加速度计作为中心传感器的高度集成和易于布置的状况监控产品。这些经济产品有助于削减全体布置和具有本钱，而且可在该过程中扩展获益于状况监控项目的通用设备和设备。
导言
与传统机械式传感器比较，固态MEMS加速度计具有多种有吸引力的特点，但惋惜的是，它们在状况监控方面的用处受到约束，局限于对低本钱规范智能传感器之类产品可运用较低带宽传感器的运用。一般来说，噪声功能不够低，确诊性运用要求高频率规模具有低噪声，带宽超越10 kHz。当时的低噪声MEMS加速度计，其噪声密度水平介于10 µg/√Hz和100 µg/√Hz之间，但带宽只要几kHz。这并没有阻碍状况监控产品规划师在新产品中运用噪音功能优秀的MEMS。作为一项根据固态电子器材和内置半导体制作设备技能，MEMS向状况监控产品规划师供给了几个极具吸引力且有价值的优势。放下功能要素，图1所示是状况监控范畴的任何人都应对MEMS加速度计感兴趣的主要原因(多晶硅指悬浮在减压腔，然后可经过相邻信号调度电子器材丈量与加速度成正比的运动和电容)。
1 尺度和分量
关于机载运用，例如健康和运用监控体系(HUMS)，分量十分贵重，每磅燃料花费数千美元。平台上一般布置多个传感器，假如可削减每个传感器的分量，则可做到节省分量。现在，一个具有小于6mm×6mm表贴封装更高功能的三轴MEMS分量可以不到一克。许多MEMS产品的小尺度和高度集成特性相同能使规划师缩小终究封装的尺度，减轻分量。典型MEMS设备的接口是单电源，使其更易办理且更适合有助于节省本钱和电缆分量的数字接口。
固态电子器材也会影响传感器的尺度。在印刷电路板(PCB)上设备更小尺度的三轴器材，并刺进关闭外壳中，适合在机器上设备和布线，有助于完成更小的全体封装，可以在平台上灵敏放置设备更多的器材。此外，现在的MEMS设备可包含许多集成、单电压信号调度电子器材，供给具有极低功耗的模仿和数字接口来协助完成电池供电的无线产品。例如，高分辨率，高稳定性三轴加速度计ADXL355具有集成Σ-Δ模数转换器(ADC)，18位有用分辨率和4 kSPS输出数据速率，每轴功耗低于65 µA。
一起供给模仿、数字输出的MEMS信号调度电路拓扑结构很常见，因此传感器规划人员具有更多挑选，使传感器习惯各式各样的状况，而且可以转换到工业设置中可用的数字接口。例如，RS-485收发器芯片运用广泛，而且恪守开放市场协议，如Modbus RTU，可加载到相邻微操控器中。完好的发射器解决方案可选用小尺度表贴芯片规划和布局，适用于小型PCB区域，可刺进支撑环境鲁棒性认证所需密封性或固有安全特性的封装。
事实证明，MEMS也可以很好地应对环境的改变。现在新一代设备的冲击标准已到达10000g，可是实际上它可接受更高水平的冲击，且不影响灵敏度标准。灵敏度可在自动测试设备(ATE)上调整，可针对高分辨率传感器随时刻和0.01℃温度精度的稳定性规划和构建。可在-40℃到+125℃的较宽温度规模内确保全体运转功能，包含失调偏移参数。关于一切通道都在同一基板上的单芯片三轴传感器，一般指定1%的跨轴灵敏度。最终，作为用于丈量重力矢量的设备，MEMS加速度计供给直流呼应，输出噪声密度保持在直流邻近，仅受电子信号调度1/f转机频率约束，经过精心规划，可到达最低0.01Hz。
2 大规模出产
或许根据MEMS传感器的最大优势之一是可以扩展出产规模。自1990年以来，MEMS供货商已向手机、平板电脑和轿车运用市场供应许多产品。MEMS传感器和信号调度电路芯片在半导体制作设备中的出产能力，也可用于工业和航空范畴，有助于下降全体本钱。此外，曩昔25年来，轿车运用范畴已设备了超越十亿个传感器，事实证明，MEMS惯性传感器的可靠性和质量都很高。MEMS传感器具有杂乱的防撞安全体系，可检测恣意方向的碰击，并当令激活安全带收紧设备和安全气囊来维护乘客。陀螺仪和高稳定性加速度计也是车辆安全操控运用的要害传感器。现在的轿车体系广泛运用MEMS惯性传感器，以低本钱和高度可靠性掌控轿车、保证安全。
3 定论
现在，关于许多运用范畴，MEMS技能都具有巨大的利益和出资潜力。MEMS除了具有许多拔尖的质量外，MEMS惯性传感器也有助于削减许多影响其他资料和架构的质量问题。MEMS惯性传感器已经在要求苛刻的消费电子、航空和轿车运用中运用了超越25年，饱尝过高冲击和苛刻环境的检测。MEMS进一步深化要求苛刻的高功能运用范畴的机遇是否老练，例如状况监控?估计MEMS的功能将会继续大幅提高，为状况监控设备规划人员供给更多选项，从而完成新一代智能传感器、无线传感器以及低本钱、笔直集成体系。敬请重视该主题未来开展的更多信息。
本文来源于《电子产品世界》2017年第4期第76页，欢迎您写论文时引证，并注明出处。
