Микроэлектромеханические системы или сокращённо МЭМС представляют собой устройства микросистемой техники, выполненные по технологии объёмной микромеханики, сформированные путём локального вытравливания подложки, легирования, нанесения на неё материала и т. д. Подложки, как правило, изготавливаются из кремния благодаря его превосходным электрическим, механическим и тепловым свойствам. Размеры МЭМС лежат в диапазоне от 1 микрона до нескольких миллиметров, в зависимости от мощности, области применения, наличия встроенных схем обработки и количества элементов.

Основные преимущества:

• Миниатюрность;
• Высокая функциональность;
• Надёжность;
• Малое энергопотребление;
• Возможность интеграции электроники с механическими, оптическими и прочими узлами;
• Малый разброс параметров в пределах одной партии изделий;
• Высокая технологичность и повторяемость;
• Возможность достичь очень низкую стоимость (при больших или очень больших объёмах производства).

В виде МЭМС могут быть выполнены следующие устройства:

Особенности технологии МЭМС и приборов, выполненных по данной технологии

Технология производства МЭМС подразумевает осаждение и видоизменение слоёв материала целиком, используя специальную технику для осаждения и особые маскирующие слои для формирования рельефа механических элементов и всего изделия в одном технологическом цикле. В данном цикле обрабатывается единственная подложка, которая может содержать от десятков до сотен заготовок МЭМС.

Почему МЭМС?

Применение МЭМС технологии позволяет получать микромеханические и оптические узлы значительно меньших размеров, чем это возможно по традиционным технологиям. Идея изготовления сенсоров и обрабатывающих схем в одном устройстве даёт прекрасную возможность создавать готовые, достаточно высокой сложности изделия в едином, относительно небольшом корпусе, что является выгодным разработчикам конечных устройств, поскольку позволяет выполнять проект на основе готовых решений на уровне законченных функциональных модулей. Так же преимуществом МЭМС является электронная часть, и электрические соединения с датчиками и механизмами, выполненные по интегральной технологии и имеющие малые размеры, поскольку они позволяют улучшить такие характеристики, как рабочие частоты, соотношение сигнал/шум и т. п. Высокая повторяемость чувствительных элементов, и их интегральное изготовление вместе с обрабатывающей схемой позволяет значительно повысить точность измерений. Благодаря интегральной технологии надежность МЭМС выше, чем надежность аналогичной системы, которая собрана из дискретных компонентов. Также большей надежностью и долговечностью обладают оптические системы, поскольку они располагаются в герметичном корпусе и защищены от воздействий внешней среды. Применение МЭМС уменьшает стоимость как механической, так и электронной частей устройства, поскольку обрабатывающая электроника и МЭМС интегрированы в единой подложке, что позволяет избежать дополнительных соединений и, в некоторых случаях, применения согласующих схем.

На данный момент ведутся разработки генераторов электрической энергии на основе микро ДВС.

Данная работа ведётся под руководством профессора Симоны Хохгреб (Simone Hochgreb) из Центра исследования горения (Combustion Research Centre) университета Кембриджа (Cambridge University) и доктора Кили Цзян (Kyle Jiang) из Центра микроинжиниринга и нанотехнологий (Micro-Engineering and Nano-Technology Research Centre) университета Бирмингема (University of Birmingham).

Они проектируют двигатели с объёмом камеры сгорания порядка одного кубического миллиметра.

Интересно, что ДВС, создаваемые британцами - это дизели. Только вот работают они не на солярке, а на неких метаноловых смесях (с добавкой водорода), способных самостоятельно вспыхивать при такте сжатия.

Так же разработан и изготовлен с помощью МЭМС технологии микро роторный двигатель (двигатель внутреннего сгорания Ванкеля). Диаметр ротора: 1мм; частота вращения ротора (макс): 40000 об./мин; мощность: 26 мВт; рабочий объем: 0,064 мм3. Мощность как у щелочной батарейки, однако, размер куда меньше.

А мощность микро роторного двигателя, изображённого справа - 4 Вт.

Применение:

• Военная техника;
• Космические аппараты;
• Автомобилестроение;
• Медицина;
• Наука;
• Промышленность;
• Мобильные устройства;
• Бытовая техника;

MEMS-компоненты (рус. МЕМС) – расшифровываются, как микроэлектромеханические системы. Основной отлиительной особенностью в них является, то что они содержат в себе подвижную 3D-структуру. Она движется за счет внешнего воздействия. Следовательно, движутся в МЕМС-компонентах не только электроны, но и составные части.

MEMS-компоненты – это один из элементов микроэлектроники и микромеханики, изготовленный зачастую на кремниевой подложке. По структуре они напоминают однокристальные ИМС. Обычно эти механические части МЕМС имеют размеры от единиц до сотен микрометров, а сам кристалл от 20 мкм до 1 мм.

Рисунок 1 – один из примеров структуры MEMS

Примеры использования:

1. Изготовление различных микросхем.

2. МЭМС-осцилляторы в некоторых случаях заменяют .

3. Изготовление датчиков, среди которых:

акселерометр;

гироскоп

датчик угловых скоростей;

магнитометрический датчик;

барометры;

анализаторы среды;

измерительные преобразователи радиосигнала.

Материалы, применяемые в MEMS-структурах

К основным материалам, из которых изготавливаются МЕМС-компоненты относят:

1. Кремний. В настоящее время подавляющее большинство электронных компонентнов изготавливаются именно из этого материала. У него целый ряд преимуществ, среди которых: распространенность, прочность, при деформации практически не изменяет свойств (не появляется гистерезис). Основным способом изготовления кремниевых МЕМС является фотолитография с последующим травлением.

2. Полимеры. Так как кремний хоть и распространенный материал, но сравнительно дорогой, для его замены в некоторых случаях могут использоваться полимеры. Они производятся промышленностью в больших объемах и с разнообразными характеристиками. Основные методы изготовления полимерных МЕМС – это литьевое формирование, штамповка, стереолитография.

Производственные объемы на примере крупного производителя

Для примера востребованности этих компонентов приведем компанию ST Microelectronics. Она производит крупные инвестиции в МЕМС-технологии, в день на её фабриках и заводах производится до 3 000 000 элементов в день.

Рисунок 2 – производственные мощностя компании разрабатывающей MEMS-компоненты

Производственный цикл разбит на 5 основных крупных этапов:

1. Производство чипов.

2. Тестирование.

3. Упаковка в корпуса.

4. Финальное тестирование.

5. Поставка дилерам.

Рисунок 3 – цикл производства

Примеры МЕМС-датчиков разных типов

Рассмотрим несколько популярных МЕМС-датчиков.

Акселерометр – это прибор, который измеряет линейное ускорение. Его используют для определения метоположения или движение объекта. Используется в мобильной технике, автомобилях и прочем.

Рисунок 4 – три оси распознаваемые акселерометром

Рисунок 5 – внутренняя структура МЕМС-акселерометра

Рисунок 6 – пояснения к структуре акселерометра

Характеристики акселерометра на примере компонента LIS3DH:

1. 3 осевой акселерометр.

2. Работает с интерфейсами SPI и I2C.

3. Измерение по 4м шкалам: ±2, 4, 8 и 16g.

4. Высокое разрешение (до 12 бит).

5. Низкое потребление: 2 мкA в режиме Low power mode (1Гц), 11мкA в режиме Normal (50Гц) и 5мкA в режиме Power Down.

6. Гибкость работы:

8 ODR: 1/10/25/50/100/400/1600/5000 Гц;

Пропускная способность до 2.5 КГц;

32-уровневый FIFO (16-бит);

3 входа АЦП;

Датчик температуры;

Питание от 1.71 до 3.6 В;

Функция самотестирования;

Корпус 3 x 3 x 1 мм. 2.

Гироскоп – это прибор который измеряет угловое перемещение. С его помощью можно измерять угол вращения округ оси. Такие приборы могут использовать в качестве системы навигации и управления полетом летательных аппаратов: самолетов и различных БПЛА или для определения положения мобильных устройств.

Рисунок 7 – данные измеряемые гироскопом

Рисунок 8 – внутренняя структура

Для примера рассмотрим характеристики МЕМС-гироскопа L3G3250A:

3-Осевой Аналоговый Гироскоп;

Иммунитет к аналоговому шуму и вибрациям;

2 шкалы измерения: ±625°/с и ±2500°/с;

Power down и Sleep режимы;

Функция самотестирования;

заводская калибровка;

Высокая чувствительность: 2 мВ/°/с при 625°/с

Встроенный фильтр нижних частот

Высокая температурная стабильность (0.08°/с/°C)

Высокое шоковое состояние: 10000g в течении 0.1 мс

Температурный диапазон от -40 до 85°C

Напряжение питания: 2.4 - 3.6В

Потребление: 6.3 мA в Normal, 2 мA в Sleep и 5 мкA в Power Down режимах

Корпус 3.5 x 3 x 1 LGA

Выводы

На рынке МЕМС-датчиков кроме рассмотренных в докладе примеров есть и другие элементы, среди которых:

Многоосевые (например, 9-осевые) датчики;

Компасы;

Датчики для измерения окружающей среды (давления и температуры);

Цифровые микрофоны и прочее.

Современная промышленная высокоточные микроэлектромеханические системы, которые активно применяются в транспортных средствах и портативных носимых компьютерах.

микроэлектромеханические системы сокр., МЭМС (англ. сокр., MEMS ) — технологии и устройства, объединяющие в себе микроэлектронные и микромеханические компоненты.

Описание

Микроэлектромеханические системы (МЭМС) обычно представляют собой интегрированные устройства, выполненные на полупроводниковой (чаще всего кремниевой) и содержащие механические элементы, сенсоры, и электронные компоненты. Типичные размеры микромеханических элементов (компонент системы) лежат в диапазоне от 1 до 100 микрон, тогда как размеры кристалла МЭМС-микросхемы достигают величин от 20 микрометров до одного миллиметра. Микроэлектромеханические системы изготавливаются по таким технологиям обработки , как КМОП *), БИКМОП †) и др., включающим стандартные технологические операции осаждения тонкопленочных слоев, формирование рисунка, травление и т. д. Для формирования механических и электромеханических элементов при изготовлении МЭМС используются совместимые процессы микрообработки, позволяющие селективно вытравливать элементы кремниевой подложки или добавлять новые структурные слои.

Совмещая в себе элементы полупроводниковой микроэлектроники и механические элементы, созданные микрообработкой, МЭМС делают возможным создание полной . В таких решениях к вычислительным мощностям микропроцессоров добавляются возможности восприятия окружающей среды с помощью интегрированных микросенсоров и воздействия на нее с помощью микроактуаторов. В такой системе микроэлектронная интегральная схема выполняет роль ее «мозга», а МЭМС предоставляет ей «глаза» и «руки», позволяя системе распознавать и контролировать параметры окружающей среды. Микросенсоры системы способны собирать информацию об окружающей среде, измеряя механические, термические, биологические, химические, оптические и магнитные параметры; микропроцессоры обрабатывают полученную информацию и, реализуя алгоритм принятия решений, производят с помощью микроактуаторов ответные действия, управляя движением, позиционированием, стабилизацией, фильтрацией и пр. Поскольку производство МЭМС-устройств использует большое количество технологических приемов, заимствованных из микроэлектроники, это позволяет, при относительно низких затратах, реализовывать на маленьком полупроводниковом чипе системы, беспрецедентные по уровню сложности, функциональности и надежности.

В настоящее время МЭМС-технологии, благодаря чрезвычайно малому размеру создаваемых с ее помощью устройств, уже применяются для изготовления различных приборов; ниже приведены некоторые наиболее распространенные примеры.

1. Акселерометры - устройства для измерения ускорений. Применяются в датчиках, контролирующих срабатывание автомобильных подушек безопасности.

2. Digital Micromirror Device (DMD) - оптический модулятор, состоящий из массива микрозеркал. Принцип действия DMD состоит в формировании изображения путем последовательного переключения микрозеркал в положения ON-OFF, и, соответственно, отражения падающего излучения в проекционную оптическую систему (ON) или поглотитель (OFF).

3. Микрокапиллярные устройства - кремниевые чипы с микроканалами, предназначенные для адресной доставки контролируемых количеств веществ. Такие устройства могут использоваться в струйных принтерах для нанесения чернил на бумагу или в интегрированном медицинском микроустройстве, объединяющем сенсор на глюкозу и диспергатор инсулина.

*) КМОП (комплиментарный МОП-транзистор) - комплиментарная логика на транзисторах металл-оксид-полупроводник.

†) БИКМОП (биполярный комплектарный МОП-транзистор) - технология изготовления интегральных микросхем с использованием биполярных и КМОП транзиторов на одном кристалле.

Иллюстрации

Устройства на основе МЭМС сверху-вниз и слева-направо: а - подвижное соединение микрошестеренок; б - микродинамометр, позволяющий измерять тангенциальные и нормальные силы, а также оценивать микротрение. Подвижный стержень и дуговая шкала отмечены стрелкой; в - микроактюатор; г - приводной микромеханизм; д - оптический переключатель: зубчатый кремниевый диск может быть механически выставлен в 4 положения, условно соответствующих сигналам (0, 0), (1, 0), (0, 1) и (1, 1) (два положения отмечены стрелками); информация считывается неподвижным сфокусированным лазерным лучом; е - передаточное микроустройство, преобразующее вращательное движение в поступательное; ж - подвижное кремниевое микрозеркало (показано стрелкой), которое может изменять угол наклона за счет поступательного движения поршня, приводимого в движение передаточным устройством; з - оптический затвор; и - трехцилиндровый паровой двигатель: вода внутри каждого цилиндра нагревается электрическим током, и образовавшийся пар выталкивает поршень, при охлаждении жидкости поршень втягивается обратно в цилиндр под действием капиллярных сил. Адаптировано на основе микрофотографий с сайта Sandia National Laboratories, www.mems.sandia.gov .

Реальная мощь технологии МЭМС заключается в возможности одновременного создания на поверхности пластины множества механизмов без единой сборочной операции. Поскольку процесс подобен классической фотолитографии, изготовить на подложке миллион механизмов так же просто, как и один.

Эти становящиеся вездесущими крошечные машины быстро пробили себе дорогу во множество коммерческих и военных приложений.

При изготовлении МЭМС используется несколько основных технологий, которые мы рассмотрим ниже.

Объемная микрообработка

Объемная микрообработка - это производственный процесс, идущий от поверхности кремниевой пластины вглубь, при которой химическим травлением последовательно удаляются ненужные участки кремния, в результате чего остаются полезные механизмы. Традиционным фотоспособом на пластине формируется рисунок, защищающий те участки, которые необходимо сохранить. Затем пластины погружаются в жидкий травитель, в качестве которого может использоваться гидроксид калия, «съедающий» незащищенные участки кремния. Технология объемной микрообработки относительно проста и недорога, и хорошо подходит для не слишком сложных приложений, критичных к цене.

Практически все датчики давления изготавливаются сегодня с помощью объемной микрообработки. По ряду параметров они превосходят традиционные датчики давления, так как намного более дешевы, исключительно надежны, технологичны и имеют хорошую воспроизводимость параметров.

В любом современном автомобиле обязательно есть несколько микромеханических датчиков давления. Типичное пример их использования - измерение давления во впускном коллекторе двигателя.

Миниатюрность и высочайшая надежность изготовленных объемной микрообработкой датчиков давления делают их идеальными компонентами также и для различных медицинских приложений.

Поверхностная микрообработка

В противоположность объемной микрообработке, суть которой заключается в послойном удалении материала с поверхности пластины с помощью травления, при поверхностной микрообработке происходит последовательное наращивание слоев материала на кремний.

Типичный процесс поверхностной микрообработки представляет собой повторяющуюся последовательность нанесения на поверхность пластины тонких пленок, формирования на пленке защитного рисунка методом фотолитографии и химического травления пленки. Чтобы создать подвижные, функционирующие механизмы, в слоях чередуют тонкие пленки конструкционного материала (обычно это кремний) и заполнителя, называемого также абляционным материалом (как правило, двуокись кремния). Из конструкционного материала образуются механические элементы, а абляционный материал заполняет пустоты между ними. На последнем этапе заполнитель удаляется травлением, и конструкционные элементы приобретают подвижность и функциональность.

Если в качестве конструкционного материала используется кремний, а заполнителем служит двуокись кремния, финальный этап состоит в погружении пластины в плавиковую кислоту, которая быстро вытравливает заполнитель, оставляя кремний нетронутым.

Затем, в типичном случае, пластины разрезаются на отдельные кристаллы, которые, в свою очередь, упаковываются в корпуса той или иной конструкции, соответствующей требуемому приложению.

Поверхностная микрообработка требует большего количества технологических операций, чем объемная, и, соответственно, она дороже. Поверхностная микрообработка используется для создания более сложных механических элементов.

LIGA (от немецкого LItographie, Galvanoformung и Abformung - литография, гальваностегия, формовка) - это технология, позволяющая методами рентгенолитографии создавать небольшие элементы с относительно большим отношением высоты к ширине. Процесс изготовления в типичном случае начинается с нанесения фотомаски на поверхность листа полиметилметакрилата (ПММА). Затем ПММА подвергается экспонированию рентгеновскими лучами высокой энергии. Экспонированные участки, не защищенные маской, удаляются с помощью подходящего травителя, в результате чего образуются исключительно точные микроскопические механические элементы.

Технология LIGA относительно дешева и хорошо подходит для приложений, требующих большего коэффициента соотношения сторон, чем можно получить с помощью поверхностной микрообработки.

Глубокое реактивное ионное травление

От традиционной объемной микрообработки глубокое реактивное ионное травление (Deep Reactive Ion Etching - DRIE) отличается только тем, вместо влажного химического травления для создания фигур используется плазменное. Это позволяет намного гибче управлять профилями травления и существенно расширить ассортимент изготавливаемых элементов. Производственное оборудование для ионного травления весьма дорого, поэтому и приборы, созданные по технологии DRIE, как правило, дороже приборов, сделанных с использованием традиционного влажного травления.

Интегрированные МЭМС технологии

Поскольку для создания МЭМС используется то же оборудование и те же технологии, что и для изготовления интегральных схем, ничто не мешает формировать электронные схемы на одном кристалле с микромеханизмами. Это позволяет снабжать микромашины интеллектом и создавать очень интересные устройства.

По данным аналитической компании iSuppli, потребительский рынок МЭМС в 2010 году вырос на 27% ($1.6 млрд.), и прогнозируемый доход от этих приборов в 2014 году составит $3.7 млрд. Постоянно растущий спрос на МЭМС со стороны рынка мобильных и потребительских устройств стимулирует расширение этого сектора, который, как ожидается, станет крупнейшим сегментом МЭМС в 2014 году.

МЭМС датчики стали ключевыми строительными блоками для реализации принципиально новых приложений в потребительских приборах. В последние годы датчики малых ускорений изменили облик множества устройств, от игровых приставок до мобильных телефонов, и от ноутбуков до бытовой техники, сделав возможной реализацию в них активируемых движением пользовательских интерфейсов и расширенных защитных функций. Теперь настала очередь МЭМС гироскопов и геомагнитных датчиков, использование которых может открыть новые возможности приложений и сделать их более привлекательными.

О технологии МЭМС акселерометров, измеряющих линейные ускорения, написано уже очень много. Поэтому в этой статье мы коснемся их лишь поверхностно, сосредоточившись на более подробном рассмотрении МЭМС гироскопов, геомагнитных датчиков и других устройств, способных обеспечить приложениям несколько степеней свободы.

МЭМС гироскопы

Способность этих гироскопов измерять угловые скорости вокруг одной или нескольких осей представляет собой естественное дополнение к МЕМС акселерометрам. Благодаря комбинации акселерометров и гироскопов появляется возможность отследить и зафиксировать движение в трехмерном пространстве. Это позволяет системным разработчикам создавать более совершенные пользовательские интерфейсы, высокоточные навигационные системы и многое другое.

Выпустив в последнее время более 30 различных типов гироскопов, имеющих высокую точность, малое потребление тока и компактный корпус, компания STMicroelectronics продолжает стремительное наступление на рынок МЭМС. Сердце гироскопов компании STMicroelectronics представляет собой микроэлектронный механический элемент, работающий по принципу камертона и использующий эффект Кориолиса для преобразования угловой скорости в перемещение специальной чувствительной структуры.

Рисунок 1.

Рассмотрим, например, простой вариант одноосевого курсового (yaw) гироскопа (см. Рисунок 1). Две подвижные массы находятся в непрерывном движении в противоположных направлениях, обозначенных синими стрелками. Как только произойдет изменение угловой скорости, сила Кориолиса, показанная желтыми стрелками, будет действовать в перпендикулярном направлении, и вызовет смещение масс, пропорциональное величине угловой скорости. Так как движущиеся электроды (роторы) сенсорной части датчика расположены рядом с фиксированными электродами (статоры), то любое смещение будет вызывать изменение электрической емкости конденсаторов, образованных статорами и роторами. Таким образом, осуществляется преобразование угловой скорости гироскопа в электрический параметр, величина которого детектируется специализированной схемой.

На основе разработанной STMicroelectronics МЭМС технологии выпущено уже более 600 миллионов акселерометров. Это указывает пользователям на правильность принятого в свое время технического решения, гарантирующего им возможность применения современной и надежной продукции непосредственно в конечных приложениях. По сравнению с другими гироскопами дифференциальный характер используемых STMicroelectronics камертонов делает систему нечувствительной к нежелательному линейному ускорению и случайной вибрации, воздействующей на сенсор. При наличии таких воздействий обе массы датчика будут смещаться в одном направлении, в результате чего за счет дифференциального включения будет регистрироваться нулевое результирующее изменение общей емкости.

Схему преобразования и нормирования сигнала, используемую в гироскопе, можно рассматривать как сочетание секции управления двигателем и воспринимающей части акселерометра (Рисунок 2).

• Секция управления предназначена для возбуждения механического элемента, вызывающего его колебания вперед и назад с помощью электростатического привода (актуатора).
• Воспринимающая часть определяет смещение масс, вызываемого силой Кориолиса, посредством измерения емкости. Это надежная и отработанная технология, используемая во всех МЭМС продуктах компании. Схема датчика формирует аналоговый или цифровой выходной сигнал, пропорциональный угловой скорости приобретенной датчиком.

Усовершенствованные функции снижения потребляемой мощности, встроенные в схему управления гироскопом, позволяют отключать датчик при бездействии. С другой стороны, датчик может находиться в спящем режиме, когда общее потребление гироскопа значительно уменьшается по сравнению с нормальным режимом работы, и, в тоже время, по команде пользователя немедленно переключаться в активный режим для измерения угловых скоростей.

Так же как и МЭМС акселерометры, МЭМС гироскопы STMicroelectronics представляют собой систему-в-корпусе (system-in-package - SIP) - механический элемент датчика и специализированная схема преобразования сигналов изготовлены на разных кристаллах и помещены в один корпус. Передовые конструкторские решения в совокупности с усовершенствованным корпусом позволили значительно уменьшить габаритные размеры датчика. Многоосевые МЭМС гироскопы выпускаются в корпусе размерами 3 × 5 мм с максимальной толщиной 1 мм (Рисунок 3), сохраняя при этом стабильность и обеспечивая высокие рабочие характеристики конечного устройства в течение всего срока службы.

Компания предлагает широкий ассортимент МЭМС гироскопов, от одно- до трехосевых, с диапазонами измерений от 30 до 6000 градусов в секунду. Такой выбор и характеристики МЭМС гироскопов дают разработчикам возможность реализации различных приложений, от систем стабилизации изображения до игровых устройств, устройств позиционирования и робототехники.

Аналогично тому, как это произошло с акселерометрами, появление 3-осевых МЭМС гироскопов предоставило возможность интегрировать современные человеко-машинные интерфейсы в мобильные телефоны, игровые консоли и другие приложения.

Не только движение

Теперь в потребительские устройства пробивает себе дорогу новый класс приборов - геомагнитные датчики. Способные измерять магнитное поле земли по нескольким осям, эти устройства позволяют расширить навигационные функции портативных устройств.

Так же как и для датчиков движения, основным и самым быстрорастущим рынком для геомагнитных датчиков стал рынок мобильных телефонов и потребительской электроники. В 2009 году было зафиксировано 10-кратное увеличение поставок электронных компасов. По данным компании iSuppli поставки этих устройств в 2013 году увеличатся до 540 миллионов единиц, а прогнозируемый совокупный темп годового роста составит 129%.

Среди различных способов изготовления кремниевых магнитных датчиков все шире используется AMR (анизотропная магнитно-резистивная) технология. Это связано с ее способностью сочетать высокое пространственное разрешение и высокую точность измерений с низким энергопотреблением, что исключительно важно для устройств с батарейным питанием. Принцип работы таких датчиков основан на изменении сопротивления тонкой полоски ферромагнитного материала под действием внешнего магнитного поля, перпендикулярного направлению тока, проходящего по этой полоске. Чувствительный элемент датчика, как правило, имеет конфигурацию моста Уитстона, как изображено на Рисунке 4, и состоит из магниторезисторов, имеющих в состоянии покоя одинаковое сопротивление R. Во время измерения на мост подается напряжение Vb, и через резисторы начинает протекать ток. Всякий раз, при воздействии на измерительный мост магнитного поля H, вектор намагниченности в двух противоположно расположенных резисторах моста смещается по направлению тока, что вызывает увеличение их сопротивления. В оставшихся двух противоположно расположенных резисторах моста вектор намагниченности смещается против направления тока, в результате сопротивление их уменьшается. Таким образом, в линейном диапазоне выход датчика пропорционален приложенному магнитному полю.

Мобильные телефоны давно стали самой активной сферой потребления датчиков, и установка в них магнитометров в сочетании с акселерометрами для реализации компасов с компенсацией наклона представляется все более заманчивой. Примером такого устройства, имеющего шесть степеней свободы, является производимая компанией STMicroelectronics микросхема цифрового MЭMC компаса LSM303DLH . В микросхеме, выпускаемой в компактном корпусе LGA, объединены высокоэффективный 3-осевой акселерометр и 3-осевой магнитометр повышенной точности (Рисунок 5). Подсистема магнитометра содержит дополнительные токопроводящие дорожки, позволяющие электрически управлять полярностью выходного напряжения и создавать поле смещения для компенсации внешних магнитных полей.

LSM303DLH обеспечивает высокоточное трехмерное измерение магнитных полей внутри зданий, автомобилей, а также на высоких широтах в США, Канаде и Северной Европе (и, разумеется, в России), где магнитное склонение поля Земли трудно измерять с помощью датчиков Холла. В сочетании с программными драйверами для считывания результатов измерений, автокалибровки и компенсации магнитных помех, доступными для многих популярных мобильных операционных систем, датчик LMS303DLH с 6 степенями свободы предоставляет разработчикам мощный инструмент для реализации навигационных функций.

Заключение

Недавно появившиеся крошечные, надежные и дешевые МЭМС гироскопы и магнитометры вместе со специальным ПО позволят расширить функции отслеживания и захвата движений, что приведет к созданию более захватывающих и реалистичных пользовательских интерфейсов во многих потребительских устройствах. Компания STMicroelectronics имеет все эти устройства в своем портфеле датчиков.

Недавно компания расширила номенклатуру МЭМС компонентов, выпустив микрофоны и датчики давления. МЭМС микрофоны (Рисунок 6) позволят создавать более компактные, легкие и тонкие мобильные телефоны и другие портативные устройства, с лучшей направленностью, высоким качеством звука и надежным шумоподавлением. С помощью МЭМС датчиков давления (Рисунок 7) потребительские устройства смогут измерять атмосферное давление и/или указывать точное местоположение во всех трех измерениях.