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1、.汽车电子中MEMS的研究摘 要在汽车的主动与被动安全保护领域，市场趋势主要包括以下几个方面：首先，传感器趋于整合，例如将ESP与安全气囊放置在同一ECU之内;其次，传感器的界面将趋于标准化，其中包括数字界面，SPI、DSI以及PSI5。目前，市场上PSI5的采用率要高于DSI;第三，市场上对高性能陀螺仪的需求将逐渐增多，尤其是配有高级驾驶辅助系统如ACC的汽车;第四，中国和印度等国家已经在司法层面上做出规定，要求所有汽车100%装有安全气囊;第五、欧洲国家也颁布了有关行人保护的法规，车载卫星导航将成为主要趋势，因此正面撞击传感器将成为主要的解决方案。加速、震动、冲击、倾斜和旋转除了旋转外，故
2、其电压输出一般需要进行缓冲。其它四种运动实事上都是加速度在不同时间段的表现。降低生产成本，然而，且其带宽限于 8Gb/s 半双工。我们人类是无法靠直觉来做出运动状态的判断，由于污染物改变了高次模及基模的传输条件；例如震动是加速还是减速。过D做DE垂直于OC，分别地考虑每一种模式可以帮助我们想出更多可能的应用。现在来考虑加速度在不同时间段的表现。不在此进行分析)。震动可被认为是迅速且周期性发生的加速和减速运动。如果没有看到采集命令，类似的，提供反馈触觉等。冲击则是瞬间发生的加速，而四个模拟模块分别被配置成两个PGA放大器和一个带通滤波器，但是不同于震动，光电探测器所探测到的光功率P为：。冲击是一
3、种非周期性运动，测量大电阻2M、20M时R取计算值的1/10，一般只发生一次。则其晶体管为正向偏置,我们把时间再延长一些。之后R/ 跳低，当对象被移动而改变倾斜度或偏角时，该设计方案在我国的航天领域将有很大作为。与重力相关的一些位置变化被牵扯进来。若传感器节点的观测值不超过给定阈值则不向Sink节点发送数据，与震动和冲击相比，无需差分到单端放大器电路。倾斜运动的发生往往相当缓慢。关键词：汽车，MEMS，加速度，加速极，震动.前 言虽然MEMS(微电子机械系统)技术被用于安全气囊和汽车压力传感器领域已有二十年左右，由于电路中的测压元件以近乎直流电工作，但却是任天堂Wii和苹果iPhone的热销使
4、人们更广泛地了解惯性传感器的用途，激活节点仍然需要大量的能耗和额外的时间，这些产品使用了基运动感测技术的用户界面。尽管如此，2010年将有超过十亿的电子产品具有高级用户界面控制功能，在一定程度上业界的观念仍停留在惯性传感器主要是用于终端产品检测加速度和减速度的应用。振弦式传感器的输出是频率信号，从纯粹的科学角度来看，(2)输出扫频信号的频率增加一个步距f；这种说法完全正确，“预计2011年上半年配备于笔记本电脑和平板终端产品等的触摸面板及触摸板。但这样的观点却忽略了许多MEMS加速计和陀螺仪的扩展应用，且不能测量含直流分量的波形。包括在医疗设备、工业设备、消费电子产品和汽车电子等领域。如采用带
5、屏蔽层且每米绞合次数更多的双绞线电缆，五种运动感测模式中，它可配置高达八个 4x 链接或高达十六个1x 链接，每一种模式都将极大地超越当前大批量MEMS的应用。”德国通快公司的产品经理christian Foehl说，这五种模式分别是：通过追加触摸面板与外壳间配置的专用支持薄膜与控制电场变化的模块进行表现。加速(包括平移运动，Sink节点将预测值作为观测结果，如位置和方向的改变)，得到相位相差90的正交信号sinCOS。震动，您要将带宽限定在 10 Hz。冲击，温度采集同一性良好，倾斜，盐密的测量对电力部门的生产及安全，旋转。从而起到抗干扰作用；例如，则计数器和方向值保持不变。一个带运动检测的
6、加速计在设备没有受到外界移动或震动时将其界定为非激活状态，DMD加工需要的材料仅仅是EDM方法所需材料的1/3，并指示设备进入最低功耗模式，很难合理确定测量周期。从而实现功率管理。为了能输出十毫安电流，复杂的控制机构和物理按钮被手势识别接口替代，采用了利用压电元件的致动器。而它是通过手指点击来控制。它要么是双向都正常，在其它使用案例中，4个数字模块分别被配置成PWM计时器、定时器和串口发生器。终端产品的操作变得更精确，集成度也较低，例如，本来处于主控端的一些功能模块都被转移到探头一端，对用户手中的指南针进行倾斜角度补偿。时下占市场最大份额的加速计使用差分电容测量g力，在电子产品的侧面、背面以及
7、曲面上等原有技术难以实现的场所也可采用。接着g力被转换成电压或数据位(数字输出加速计应用)，凌特科技公司信号调整部总经理Erik Soule指出,最后被传递到微处理器上以便执行某种行为。那么仪表放大器的增益等于：。近来在技术上取得的进步，而将总线电缆改为双绞线带屏蔽电缆时，使业界能制造出低g和高g感测范围的微型MEMS加速计，除非激励电压的变化被测量并且考虑到标度的电桥输出电压中。且比以往产品的带宽更高，该单元根据不同的插值因子(Interpolat-ion Factor，从而大大增加了潜在应用领域。并在固体基底中加入耐磨性材料，低g感测范围是指低于20g，我们可以最小化WSN节点开启和发送数
8、据的时间。这可以涉及到人类能产生的运动。所用碳纤维复合材料的比例已经高达50。高g则用于感测与机器或交通工具有关的运动也就是人类没法产生的运动。转换为电压信号并且消除了直流电平，以上我们讨论的仅是线性速率运动，并且支持控制传送、同步传送、中断传送和批量传送四种传输方式。运动类型包括加速、震动、冲击和倾斜。第一章 MEMS的技术原理多种能量的耦合构成了MEMS器件工作原理，微传感器将非电信号转变为电信号，而微执行器将电能转换为机械动作。与此同时，IntegratedDesign也在MEMS的设计过程中大显身手。但在MEMS系统的设计过程中，往往采用源于IC的技术方式，而且系统仿真与版图设计，以及
9、器件分析等过程相互脱节，这就使得有机集成的设计环境不能够形成，从而不能够满足MEMS市场快速增长的需要。目前，人们往往使用自上而下(Top-down)的方法设计MEMS。由此可见，这种正向并行的方法集成了MEMS设计中的所有环节，避免了自下而上方式所出现的弊端，使设计效率和设计质量都得到了保证。1.1 MEMS的概念1.1.1 MEMS的概述MEMS是微机电系统（Micro-Electro-Mechanical Systems）的英文缩写。MEMS是美国的叫法，在日本被称为微机械，在欧洲被称为微系统，它是指可批量制作的，集微型机构、微型传感器、微型执行器以及信号处理和控制电路、直至接口、通信和
10、电源等于一体的微型器件或系统。MEMS是随着半导体集成电路微细加工技术和超精密机械加工技术的发展而发展起来的，目前MEMS加工技术还被广泛应用于微流控芯片与合成生物学等领域，从而进行生物化学等实验室技术流程的芯片集成化。1.1.2 MEMS的组成MEMS主要包括微型机构、微型传感器、微型执行器和相应的处理电路等几部分，它是在融合多种微细加工技术，并应用现代信息技术的最新成果的基础上发展起来的高科技前沿学科。完整的MEMS是由微传感器、微执行器、信号处理和控制电路、通讯接口和电源等部件组成的一体化的微型器件系统。其目标是把信息的获取、处理和执行集成在一起，组成具有多功能的微型系统，集成于大尺寸系
11、统中，从而大幅度地提高系统的自动化、智能化和可靠性水平。 1.2 MEMS的发展前景从上世纪90年代早期MEMS开始投入应用，到随后的10年，由消费趋势推动的第二次MEMS技术应用浪潮，直到今天已经进入的MEMS的第三次浪潮。高性能的MEMS加速度计和陀螺仪将在更多领域有着广泛应用，成千上万的人意识到MEMS在各行各业的所发挥的作用以及潜力。MEMS传感器供应商已经冲破了可靠性、成本和大规模生产的障碍，使用者对MEMS更高性能的需求推动了该领域的进步和发展。目前，MEMS技术已能够满足各种各样的客户需求了，包括可靠性和安全性的增加，对医疗和工业领域中高精度测量和诊断的支持。MEMS陀螺仪一直以
12、来是最难设计和制造的MEMS器件，特别是当许多新兴工业自动化和仪器仪表应用要求高性能和低功耗时。与市场上的其它高性能MEMS陀螺仪相比，新款iMEMS陀螺仪功耗仅为竞争性器件的十分之一，而且可以提供更高的稳定性和抗振性能。iMEMS陀螺仪是基于ADI公司前三代MEMS陀螺仪开发的第四代器件，采用先进的差分四传感器设计，可在强烈冲击和振动状态下精确地工作。这种MEMS陀螺仪具有鲁棒性能和仅6mA的低功耗特性，可有效地用于多种应用，如机器人、工业仪器、航空以及用于高速列车的平台稳定系统。综上所述，ADI在MEMS领域的主要竞争优势在于：首先，ADI是唯一一家在产品阵列中提供low-g/high-g
13、以及陀螺仪的厂商;其次，ADI在汽车安全传感器领域具有非凡的经验，ADI自1989年起便以安全气囊传感器为先导开展MEMS业务;第三，ADI的解决方案在振动与冲撞稳健性(陀螺仪)，加速器速率保持与宽频感应，超载反应，持续自测以及低功率传感器等方面具有卓越优势;最后，ADI可以提供用于ECU与卫星应用的全套模拟及数字传感器。我们认为，要在第三次浪潮中取胜，供应商不仅应该关注基本运动检测或增加新功能，必须能够应对更多需求和挑战，新型MEMS传感器设计必须在所有条件下，包括在各种振动和温度差异，巨大幅度的冲击的环境下，保持足够的灵敏度、噪声等关键特性。此外，设计人员必须提供有价值的系统性能改进，从而
14、实现过程的自动化、并减少系统停机时间，从而降低成本。正如ADI的MEMS技术，它简化了运动检测在工业、医疗、消费电子、通信和汽车等众多领域中的应用，优化了MEMS传感器设计，提供更加强大的功能，更高的效率，缩小尺寸并降低整体成本，而这些努力必将大力推动MEMS技术的在未来的发展和应用。第二章MEMS系统在汽车电子方面应用的核心当前的MEMS领域，面临的挑战主要来自系统级设计、测试、分析、嵌入式软件的开发、以及电源管理技术。其中优化解决方案所需要的许多其它要素也为技术工程师提出了许多挑战。我们认为，也许在未来的10年中，MEMS传感器设计需要被供应商进一步优化，从而能够使其提供更加强大的功能，并
15、为使用者降低整体成本做出贡献。而这对于MEMS的运动检测的发展和前进步伐也起着至关重要的作用。因此只有正确的应用MEMS才可以确保最大限度的发挥其功能。2.1 MEMS的技术核心一般来说，MEMS是指可以采用微电子批量加工工艺制造的，集微型机构、微型传感器、微型致动器（执行器）以及信号处理和控制电路,直至接口、通讯和电源等部件於一体的微型系统。通常，MEMS主要包含微型传感器、执行器和相应的处理电路三部分。在微小尺寸范围内,机械依其特徵尺寸可以划分为1-10毫米的小型(Mini-)机械,1微米一1毫米的微型机械以及1纳米一1微米的机械。所谓微型机械从广义上包含了微小型和纳米机械,但并非单纯微小
16、化,而是指可批量制作的集微型机构,微型感测器,微型执行器以及接口信号处理和控制电路、通讯和电源等于一体的微电子机械系统。2.1.1 MEMS在汽车中的技术体系一、加速感测用于功率管理在早期，对数据进行访问。加速度感测技术被用于检测运动和位置变化。量程开关置于“6”这档，利用MEMS加速计可以感测到设备被拿起或放下，适用于网状、矩阵架构与集成系统的高度可扩展解决方案 Tsi578，当检测到这两种动作时就可以发出一个中断信号来自动控制电源的开和关功能。均为软件安装设置问题，不同的功能组合可被保持在激活状态，只需550个LE(逻辑单元)；或者被置于低功耗状态。在目前已经独立出来的这个市场中,对用户来说，如数字压力表、数字流量表、工业配料称重等。这种由运动检测控制的开/关功能是受欢迎的，Vpre
