微加工现已成为一项关键技能传感器的小型化。能够经过运用规范的半导体制作技能,削减传感元件的尺度答应显着减小尺度。积分信号处理沿着感测元件进一步增强了时机,以削减体系的巨细,省去了额定的引脚链接到外部设备。的微加工工艺技能的挑选还能够确认小型化的约束,可是这一般由传感器类型确认。用于压力传感压电微机械元件具有以下份额比从CMOS硅制作基片,例如外表上的隔阂的时机,但能够供应更高的功用。
图1:外表微机械加工传感元件。传感器还从标定下降灵敏度和功用问题的影响,尽管这能够经过要素结构的立异规划来缓解。这种立异的规划也可用于多个元件集成到一个单一的传感器。这是最显着的出现在6轴加速度计,其间精心规划的元素能够供应移动数据以及多个轴。这也有助于小型化体系,一台设备代替多个传感器。但是,这一行为集成化和小型化是有价值的,一般在噪声和动态规模。例如,增加滤波和信号处理,以确认不同的效果力的复合感测元件上,并过滤出从不同的元素的噪声可导致一个较慢的呼应时刻和约束整个动态规模。尽管这可能是能够承受的小的,空间受限的运用,例如可佩带电子,它可能不适合于小型,无人驾驶飞行器(UAV),其具有类似的空间的约束,但更高的精度要求。
等离子处理
的Kionix公司KXCJ9是3轴硅与一系列+/- 2克,±4克或±8克微机械加速度计。检测元件选用Kionix公司专有的等离子微加工工艺技能构建。加速度传感是根据来自感测元件,其选用一起形式免除从传感元件的规划,以削减这种状况发生,从工艺改变,温度的任何过错的加速度引起的运动而发生的差分电容的原理,和环境压力。感测元件被气密密封在由运用玻璃料运用密闭封装的第二硅晶片盖接合到所述设备中,而不是在晶片级,这有助于减小设备的全体尺度。
图2:Kionix公司KXCJ9硅加速度计包容于在从第二贴合晶片在晶片等级创立一个密闭的腔。一个独自的信号处理ASIC上设备有传感元件,以进一步下降传感器的全体尺度,发生了3&TImes;3&TImes;0.9毫米的LGA塑料封装从1.8操作 – 3.6伏直流电源。稳压器用于坚持对输入电源电压规模内安稳的内部作业电压。这样,能够经过输入电源电压的规模内安稳的作业特性,以从供应变异去除任何过错,并消除了对外部电源调理,进一步下降了规划的全体尺度。
压力传感
意法半导体的LPS25H是运用内置由意法半导体开发专用的进程中单片压电电阻元件的超紧凑型肯定压力传感器。这是由一个单一的单晶硅基板内悬挂膜,创造出比传统办法制作的硅微膜明显更小的元素。破膜避免由内部机械止动件。这供应了规模260〜1260百帕,用于丈量肯定压力,可运用于运动手表气象站。
图3:LPS25H可在一个10针腔洞穿LGA封装(HCLGA),其丈量为2.5&TImes;2.5&TImes;1毫米,并躲藏答应外部压力抵达压电传感元件。该接口运用规范的CMOS工艺,答应高度集成的规划被修整,以更好地匹配感测元件特性的专用电路。制作。整个丈量链是由一个低噪声放大器,其间,所述MEMS传感器(压力,温度)的电阻不平衡转化为模仿电压,向用户供应经过嵌入24位模仿 – 数字转化器(组成ADC),带有一个输出数据速率(ODR),它是可挑选的从1赫兹到25赫兹,单触发选项。所述LPS25H可在一个10针腔洞穿LGA封装(HCLGA),其丈量为2.5×2.5×1毫米,并躲藏答应外部压力抵达传感元件。运用压电元件答应它的温度规模从-30℃至+ 105℃上操作。
组合传感器
从微机械加速度计的多个轴组合数据常常用来提示主处理器,该设备将要被激活的,但这种办法也是用户界面支撑手势接口的日益一部分。运用数据的结合,使体系规划人员能够经过消除键盘,按钮等接口技能的进一步小型化的设备。飞思卡尔MMA8451Q的是体微机械加工三轴,电容式加速度传感器在运用一切三个轴,以供应所需求的数据一个3×3×1毫米QFN封装,14位分辨率。运动检测功用能够剖析静态加速度的改变或更快的波动。例如,要检测的对象是纺纱,一切三个轴将与一个阈值检测超越2克启用。当加速度超越设定阈值时,无论是作为一个快速颤动或慢速歪斜,运动能够触发中止,这取决于装备的事情的阈值和定时值。这种条件将需求发生了至少100毫秒,以确保该事情不只是噪声。的定时值是经过一个可装备的去颤动计数器,它的效果就像一个过滤器,以确认条件是否存在一组可装备的时刻(即,100毫秒或更长)来设置。也有在源寄存器以检测运动的方向供应方向数据。这关于运用如定向摇摆或轻弹,这有助于与算法关于各种手势检测是有用的。就有时机取得这两个低通滤波数据以及高通滤波后的数据,最大极限地削减所需的波动检测和更快的转化数据剖析。加速度数据经过高通滤波器,省去了偏移(DC)和低频率。高通滤波器的截止频率能够由用户到其间四个取决于ODR不同的频率来设置。较高的截止频率确保了DC数据或更慢的移动数据将被过滤掉,只答应更高的频率经过。嵌入式瞬态检测功用,选用了高通滤波后的数据答运用户设置阈值和去抖计数器。瞬态检测功用所用的相同的办法运动检测经过绕过高通滤波器运用,这供应了更大的灵活性,以掩盖不同的办法,加速度计能够以各种客户规划中运用。许多运用程序运用的加速度计的静态加速度读数经过从重力丈量加速度改变朴实以丈量设备的歪斜。这得益于加速度数据被滤波以其间高频数据被认为是噪声的低通滤波器。但是,也有许多,其间,加速度计有必要剖析动态加速度的功用。接口功用,如自来水,轻弹,摇晃和步数的计数的基础上在所述加速度改变的剖析,这是更简略的运用动态加速度数据的静态成分已被除掉后解说这些功用。该MMA8451Q现已嵌入了用于设置脉冲时刻宽度和脉冲之间的时刻延迟多种可自定义定时器支撑单/双和定向自来水检测。有对一切三个轴可编程阈值和抽头检测可装备为经过高通滤波器,也运转经过一个低通滤波器,供应更多的定制和可调谐抽头检测计划。状况寄存器供应有关检测到的事情,其间所述轴和所述抽头的方向更新。
定论
不同的微加工技能,给规划师一个小型化体系不同的优化选项。这些规模从积分信号处理,以削减组合多个数据流的传感器的全体尺度,以消除体系中的其它,更大的设备的另一种办法,以削减体系的全体巨细。但是,底层传感器技能的挑选能够约束的整体规模和设备的功用,因而需求细心考虑沿着移动到小型化。