MEMS傳感器在環境和工業應用中帶來的創新和突破來自于在降低成本基礎上的廣泛使用。對于環境應用而言,可以想象一下如果傳感器已經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境信息。當使用MEMS器件的傳感器每節點成本繼續下降,勢必MEMS器件的工業應用會增加。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,就會發出信號傳送到中央監控站要求檢修。
由于價格相對較高,以及在汽車、工業及醫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,面向高價值工業與醫療應用的從幾美元到幾十美元不等,而面向飛機液壓系統或飛行數據測量等專業應用的則高達幾百美元,包括在惡劣的介質、溫度和壓力條件下的工業應用組合。MEMS壓力傳感器在汽車中的一個新應用是傳動系統壓力感測。在工業領域,MEMS壓力傳感器的主要應用包括采暖通風及空調(HVAC)、水平面測量、各種工業過程與控制應用。
MEMS最新發展集中在定時振蕩器
此外,污染和花粉探測正在成為環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出高水平。在工業應用領域,機器人將繼續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境和工業中,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,更方便于環境監測和工業檢測。同時,預計采用MEMS傳感器的無線物聯網節點也將越來越多地應用于環境和工業領域。針對工業應用領域,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網節點,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領域的封裝外形。
ADI公司的ADXL377是業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捕捉沖擊數據的模擬輸出相結合,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傷性腦損傷(TBI)指標。
IDT公司MEMS部門總經理Harmeet Bhugra的觀點是,MEMS技術的最新發展集中在振蕩器(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品中獲得采用,下一階段的快速發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據中心企業應用的巨大推動,性能已得到足夠提升?!盜DT公司針對云計算和企業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(10GbE)交換器、路由器和其他相關網絡設備的誤碼率(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的塑殼封裝技術,使得時鐘晶振器件的交貨周期和供貨發生革命性變化,尺寸也更小。“目前出現顯著增長的一個應用領域是用MEMS時鐘芯片替代傳統石英時鐘,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?!?a href="http://www.tjjbhg.com/tags/sitime/" target="_blank">SiTime公司市場營銷執行副總裁Piyush Sevalia談到。他認為,在今后兩年內,MEMS時鐘在各種應用中的普及將會推動MEMS產業的增長。面向MEMS時鐘的新應用包括智能手機、平板電腦、數碼相機、運動健身器材(如手表),醫療健康設備(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,諧振器和時鐘發生器已在各類消費和移動電子產品中被廣泛采納。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。繼推出針對系統設備、工業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體積更小、功耗更低和更耐用的移動電子產品。此外,各種醫療健身器件和目前非常熱門的各種智能配帶式產品如智能手表、智能眼鏡等等也非常適合使用硅MEMS時鐘振蕩器。
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