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加速度计技术的快速发展:市场扩大与 MEMS 技术的成熟

更新时间:2024-08-10 文章作者:佚名 信息来源:网络整理 阅读次数:

加速计技术快速发展的因素有很多。首先是此类设备市场不断扩大,尤其是在汽车、消费电子和医疗电子领域,加速计可以实现新功能,帮助产品在市场上取得成功。例如,自动碰撞通知 (ACN) 系统、运动敏感游戏控制器和智能手机以及用于测量跑步表现的惯性脚垫都归功于新型、高度紧凑的加速计。0Vl物理好资源网(原物理ok网)

从技术角度来看,微机电系统 (MEMS) 技术的成熟已使越来越多的 MEMS 代工厂能够以越来越小的封装尺寸制造出可靠的设备。此外,MEMS 设计还受益于数字电子器件的引入,这不仅提高了其性能,还简化了其与最终系统的集成。此类设备的出现催生了新一代环保电子系统,同时生产出更好的产品贝语网校,满足工业应用中的传统功能。0Vl物理好资源网(原物理ok网)

单轴加速度计0Vl物理好资源网(原物理ok网)

如今的加速度计只能测量一个轴(x、y 或 z)的加速度,或者同时测量两个或三个轴的加速度。VTI 的 Z 轴加速度计(图 1)是汽车控制应用的精密单轴加速度计的一个很好的例子。它基于该公司的电容式 3D-MEMS 技术,设计用于 z 轴传感器,具有高可靠性、准确性和温度和时间稳定性,可准确测量加速度、倾斜、运动或振动。这款符合 AEC Q-100 标准的设备测量范围为 ±1.7 g,灵敏度为 1.2 V/g,提供比率模拟(0 至 5 V)输出(即输出值取决于输入电源电压的值),可承受 20,000 g 的冲击。0Vl物理好资源网(原物理ok网)

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图 1:XT-100 采用 11.3 x 10.5 x 5.1 毫米 8 针塑料表面贴装封装加速度计,配有鸥翼式支脚,可安装贴片机,可为汽车应用提供 ±1.7 g 以内的精确 z 轴测量。(图片由 VTI 提供)0Vl物理好资源网(原物理ok网)

ADI 公司还提供单轴加速度计——高 g iMEMS 加速度计(图 2),它具有比率测量输出,但测量范围更广。它最初设计用于正面和侧面碰撞安全气囊,也可以在各种其他应用中提供完整、经济的解决方案。该设备有 ±35、±50 和 ±50 g 范围,具有自检功能,可将所有机械和电气元件的数字信号施加到单个引脚,因此用户可以验证设备操作是否高度可靠,以及是否进行预防性维护。当从 5V 源输入(VDD)工作时,±35 g 版本的输出灵敏​​度通常为 55 mV/g。0Vl物理好资源网(原物理ok网)

加速度计技术的特点与应用0Vl物理好资源网(原物理ok网)

图 2:高 g iMEMS 加速度计有 ±35、±50 和 ±50 g 型号,采用 5 × 5 × 2 mm、8 端子陶瓷 LCC 封装。(图片来源)0Vl物理好资源网(原物理ok网)

双轴装置0Vl物理好资源网(原物理ok网)

飞思卡尔半导体公司最近推出了一款双轴 (x, y) 电容式微机械加速度计(图 3),这是一款针对手持式电池供电设备的 MEMS 传感器电子产品。除了内置信号调节、单极低通滤波器和温度补偿外,这款低功耗设备还具有 g 功能,允许用户在设备运行期间随时选择两个范围(±4 g 和 ±9 g),方法是向专用 g 引脚发送逻辑 0 或 1。0Vl物理好资源网(原物理ok网)

比率公差输出的典型灵敏度在 ±4 g 范围内为 308 mV/g,在 ±9 g 范围内为 83.6 mV/g。该设备采用 2.2 至 3.6 V 电源供电,正常运行时典型功耗仅为 400 μA,而在睡眠模式下电流降至仅 3 μA,从而显著降低了电池消耗。0Vl物理好资源网(原物理ok网)

加速度计技术的特点与应用0Vl物理好资源网(原物理ok网)

图 3:3 x 5 x 1.0 毫米、LGA-14 封装的双轴加速度计允许用户随时选择两个范围(±4 g 和 ±9 g)。(飞思卡尔半导体公司提供)0Vl物理好资源网(原物理ok网)

双轴 MEMS 加速度计也已上市 - 具有两个用户可选范围:±2 g 和 ±6 g。它能够测量高频加速度 - 所有轴上最高可达 2.0 kHz。与 一样,4 x 4 x 1.5 LGA 封装设备具有内置自检功能。0Vl物理好资源网(原物理ok网)

三轴传感器0Vl物理好资源网(原物理ok网)

三轴传感器目前备受关注,因为它们可以提供所有类型的加速度信息,因此在单个封装中支持极其广泛的应用。作为最早开发商业 MEMS 技术的公司之一,博世将其数字三轴加速度计(图 4)作为“新一代数字加速度计”进行营销。它集成了多种功能,方便在设备方向检测、游戏、HMI 和菜单浏览器控制等运动检测应用中使用。0Vl物理好资源网(原物理ok网)

加速度计技术的特点与应用0Vl物理好资源网(原物理ok网)

图 4:三轴传感功能和数字接口被压缩到尺寸仅为 3 x 3 x 0.9 毫米的 LGA 封装中。(图片来源)0Vl物理好资源网(原物理ok网)

与前面讨论的传感器不同,加速度计输出其测量值加速度计,并通过串行数字接口(SPI 或 I²C)进行控制,从而简化了集成并减少了零件数量。加速度计具有内置自检功能,并提供四个用户可选范围 - ±2、±4、±8 和 ±16 g - 灵敏度范围为 16 LSB/g 至 2 LSB/g,具体取决于范围。传感器还允许用户将设备设置为不同的带宽:50、75、150、250 和 600 Hz 和 1 kHz。该设备是一种超低功耗设备;它采用 1.8 V 电源供电,运行时消耗 430 μA,睡眠模式下消耗 2 μA。对三轴传感的需求很高,许多前面提到的供应商也提供三轴传感器来与博世竞争。在这种情况下,明显的赢家是用户。0Vl物理好资源网(原物理ok网)

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