小型化MEMS傳感器

微加工已經(jīng)成為一項關(guān)鍵技術(shù)傳感器的小型化。能夠通過(guò)使用標準的半導體制造技術(shù)，減少傳感元件的尺寸允許顯著(zhù)減小尺寸。積分信號處理沿著(zhù)感測元件進(jìn)一步增強了機會(huì )，以減少系統的大小，省去了額外的引腳鏈接到外部設備。的微加工工藝技術(shù)的選擇還可以確定小型化的限制，但是這通常由傳感器類(lèi)型確定。用于壓力傳感壓電微機械元件具有以下比例比從CMOS硅建造基片，例如表面上的隔膜的機會(huì )，但可以提供更高的性能。

圖1：表面微機械加工傳感元件。傳感器還從標定降低靈敏度和性能問(wèn)題的影響，盡管這可以通過(guò)要素結構的創(chuàng )新設計來(lái)緩解。這種創(chuàng )新的設計也可用于多個(gè)元件集成到一個(gè)單一的傳感器。這是最明顯的出現在6軸加速度計，其中精心設計的元素可以提供移動(dòng)數據以及多個(gè)軸。這也有助于小型化系統，一臺設備替代多個(gè)傳感器。然而，這一舉動(dòng)集成化和小型化是有代價(jià)的，通常在噪聲和動(dòng)態(tài)范圍。例如，添加濾波和信號處理，以確定不同的作用力的復合感測元件上，并過(guò)濾出從不同的元素的噪聲可導致一個(gè)較慢的響應時(shí)間和限制整個(gè)動(dòng)態(tài)范圍。雖然這可能是可以接受的小的，空間受限的應用，例如可佩戴電子，它可能不適合于小型，無(wú)人駕駛飛行器(UAV)，其具有相似的空間的限制，但更高的精度要求。

等離子處理

的Kionix公司KXCJ9是3軸硅與一系列+/- 2克，±4克或±8克微機械加速度計。檢測元件采用Kionix公司專(zhuān)有的等離子微加工工藝技術(shù)構建。加速度傳感是基于來(lái)自感測元件，其采用共同模式解除從傳感元件的設計，以減少這種情況發(fā)生，從工藝變化，溫度的任何錯誤的加速度引起的運動(dòng)而產(chǎn)生的差分電容的原理，和環(huán)境壓力。感測元件被氣密密封在由使用玻璃料使用密閉封裝的第二硅晶片蓋接合到所述裝置中，而不是在晶片級，這有助于減小裝置的整體尺寸。

圖2：Kionix公司KXCJ9硅加速度計容納于在從第二貼合晶片在晶片級別創(chuàng )建一個(gè)密閉的腔。一個(gè)單獨的信號處理ASIC上安裝有傳感元件，以進(jìn)一步降低傳感器的整體尺寸，產(chǎn)生了3×3×0.9毫米的LGA塑料封裝從1.8操作 - 3.6伏直流電源。穩壓器用于保持對輸入電源電壓范圍內恒定的內部工作電壓。這樣，可以通過(guò)輸入電源電壓的范圍內穩定的工作特性，以從供給變異去除任何錯誤，并消除了對外部電源調節，進(jìn)一步降低了設計的整體尺寸。

壓力傳感

意法半導體的LPS25H是使用內置由意法半導體開(kāi)發(fā)專(zhuān)用的進(jìn)程中單片壓電電阻元件的超緊湊型絕對壓力傳感器。這是由一個(gè)單一的單晶硅基板內懸掛膜，創(chuàng )造出比傳統方式建造的硅微膜顯著(zhù)更小的元素。破膜防止由內部機械止動(dòng)件。這提供了范圍2601260百帕，用于測量絕對壓力，可應用于運動(dòng)手表氣象站。

圖3：LPS25H可在一個(gè)10針腔洞穿LGA封裝(HCLGA)，其測量為2.5×2.5×1毫米，并躲藏允許外部壓力到達壓電傳感元件。該接口使用標準的CMOS工藝，允許高度集成的設計被修整，以更好地匹配感測元件特性的專(zhuān)用電路。制造。整個(gè)測量鏈是由一個(gè)低噪聲放大器，其中，所述MEMS傳感器(壓力，溫度)的電阻不平衡轉換為模擬電壓，向用戶(hù)提供通過(guò)嵌入24位模擬 - 數字轉換器(組成ADC)，帶有一個(gè)輸出數據速率(ODR)，它是可選擇的從1赫茲到25赫茲，單觸發(fā)選項。所述LPS25H可在一個(gè)10針腔洞穿LGA封裝(HCLGA)，其測量為2.5×2.5×1毫米，并躲藏允許外部壓力到達傳感元件。使用壓電元件允許它的溫度范圍從-30℃至+ 105℃上操作。

組合傳感器

從微機械加速度計的多個(gè)軸組合數據經(jīng)常用來(lái)提醒主處理器，該裝置將要被激活的，但這種方法也是用戶(hù)界面支持手勢接口的日益一部分。使用數據的結合，使系統設計人員能夠通過(guò)消除鍵盤(pán)，按鈕等接口技術(shù)的進(jìn)一步小型化的設備。飛思卡爾MMA8451Q的是體微機械加工三軸，電容式加速度傳感器在使用所有三個(gè)軸，以提供所需要的數據一個(gè)3×3×1毫米QFN封裝，14位分辨率。運動(dòng)檢測功能可以分析靜態(tài)加速度的變化或更快的顛簸。例如，要檢測的對象是紡紗，所有三個(gè)軸將與一個(gè)閾值檢測超過(guò)2克啟用。當加速度超過(guò)設定閾值時(shí)，無(wú)論是作為一個(gè)快速抖動(dòng)或慢速傾斜，運動(dòng)可以觸發(fā)中斷，這取決于配置的事件的閾值和定時(shí)值。這種條件將需要發(fā)生了至少100毫秒，以確保該事件不只是噪聲。的定時(shí)值是通過(guò)一個(gè)可配置的去抖動(dòng)計數器，它的作用就像一個(gè)過(guò)濾器，以確定條件是否存在一組可配置的時(shí)間(即，100毫秒或更長(cháng))來(lái)設置。也有在源寄存器以檢測運動(dòng)的方向提供方向數據。這對于應用如定向搖動(dòng)或輕彈，這有助于與算法關(guān)于各種手勢檢測是有用的。就有機會(huì )獲得這兩個(gè)低通濾波數據以及高通濾波后的數據，最大限度地減少所需的顛簸檢測和更快的轉換數據分析。加速度數據通過(guò)高通濾波器，省去了偏移(DC)和低頻率。高通濾波器的截止頻率可以由用戶(hù)到其中四個(gè)取決于ODR不同的頻率來(lái)設置。較高的截止頻率保證了DC數據或更慢的移動(dòng)數據將被過(guò)濾掉，只允許更高的頻率通過(guò)。嵌入式瞬態(tài)檢測功能，采用了高通濾波后的數據允許用戶(hù)設置閾值和去抖計數器。瞬態(tài)檢測功能所用的相同的方式運動(dòng)檢測通過(guò)繞過(guò)高通濾波器使用，這提供了更大的靈活性，以覆蓋不同的方式，加速度計可以以各種客戶(hù)設計中使用。許多應用程序使用的加速度計的靜態(tài)加速度讀數通過(guò)從重力測量加速度變化純粹以測量設備的傾斜。這得益于加速度數據被濾波以其中高頻數據被認為是噪聲的低通濾波器。然而，也有很多，其中，加速度計必須分析動(dòng)態(tài)加速度的功能。接口功能，如自來(lái)水，輕彈，搖晃和步數的計數的基礎上在所述加速度變化的分析，這是更簡(jiǎn)單的使用動(dòng)態(tài)加速度數據的靜態(tài)成分已被除去后解釋這些功能。該MMA8451Q已經(jīng)嵌入了用于設置脈沖時(shí)間寬度和脈沖之間的時(shí)間延遲多種可自定義定時(shí)器支持單/雙和定向自來(lái)水檢測。有對所有三個(gè)軸可編程閾值和抽頭檢測可配置為通過(guò)高通濾波器，也運行通過(guò)一個(gè)低通濾波器，提供更多的定制和可調諧抽頭檢測方案。狀態(tài)寄存器提供有關(guān)檢測到的事件，其中所述軸和所述抽頭的方向更新。

結論

不同的微加工技術(shù)，給設計師一個(gè)小型化系統不同的優(yōu)化選項。這些范圍從積分信號處理，以減少組合多個(gè)數據流的傳感器的整體尺寸，以消除系統中的其它，更大的設備的另一種方式，以減少系統的整體大小。然而，底層傳感器技術(shù)的選擇可以限制的總體范圍和設備的性能，因此需要仔細考慮沿著(zhù)移動(dòng)到小型化。