發布日期：2022-10-09 點擊率：67
MEMS換能器（Transducer）可分為傳感器（Sensor）和致動器（Actuator）兩類。其中傳感器會接受外界的傳遞的物理性輸入，通過感測器轉換為電子信號，再最終轉換為可用的信息，如加速度傳感器、陀螺儀、壓力傳感器等。其主要感應方式是對一些微小的物理量的變化進行測量，如電阻值、電容值、應力、形變、位移等，再通過電壓信號來表示這些變化量。致動器則接受來自控制器的電子信號指令，做出其要求的反應動作，如光敏開關、MEMS顯示器等。
目前的加速度傳感器有多種實現方式，主要可分為壓電式、電容式及熱感應式三種，這三種技術各有其優缺點。以電容式3軸加速度計的技術原理為例。電容式加速度計能夠感測不同方向的加速度或振動等運動狀況。其主要為利用硅的機械性質設計出的可移動機構，機構中主要包括兩組硅梳齒（Silicon Fingers），一組固定，另一組隨即運動物體移動；前者相當于固定的電極，后者的功能則是可移動電極。當可移動的梳齒產生了位移，就會隨之產生與位移成比例電容值的改變。
當運動物體出現變速運動而產生加速度時，其內部的電極位置發生變化，就會反映到電容值的變化（ΔC），該電容差值會傳送給一顆接口芯片（InteRFace Chip）并由其輸出電壓值。因此3軸加速度傳感器必然包含一個單純的機械性MEMS傳感器和一枚ASIC接口芯片兩部分，前者內部有成群移動的電子，主要測量XY及Z軸的區域，后者則將電容值的變化轉換為電壓輸出。
文中所述的傳感器和ASIC接口芯片兩部分都可以采用CMOS制程來生產，而在目前的實際生產制造中，由于二者實現技術上的差異，這兩部分大都會通過不同的加工流程來生產，再最終封裝整合到一起成為系統單封裝芯片（SiP）。封裝形式可采用堆疊（Stacked）或并排（Side-by-Side）。
手持設備設計的關鍵之一是尺寸的小巧。目前ST采用先進LGA封裝的加速度傳感器的尺寸僅有3 X 5 X 1mm，十分適合便攜式移動設備的應用。但考慮到用戶對尺寸可能提出的進一步需求，加速度傳感器的設計要實現更小的尺寸、更高的性能和更低的成本；其檢測與混合訊號單元也會朝向晶圓級封裝（WLP）發展。
下一代產品的設計永遠是ST關注的要點。就加速度傳感器的發展而言，單芯片結構自然是必然的趨勢之一。目前將MEMS傳感器與CMOS接口芯片整合的過程是最耗費成本的加工環節，如果能實現單芯片的設計，其優點不言而喻，封裝與測試的成本必然會大幅度降低。
加速度傳感器選用要點
加速度傳感器針對不同的應用場景，也在特性上體現為不同的規格。用戶需根據自身的具體需要選取最適合的產品。如上文提到的汽車車身沖擊傳感器或洗衣機等家電的振動傳感器等來說，需選用高頻（50~100Hz）的加速度傳感器；對于硬盤的跌落和振動保護，需要中頻（20~50Hz）以上的加速度傳感器；而手持設備的姿態識別和動作檢測只需低頻（0~20Hz）產品即可。
線形加速度傳感器的選取還需要考慮滿量程（Full Scale，FS）、靈敏度及解析度等元件的特性。滿量程表示傳感器可測量的最大值和最小值間的范圍；靈敏度與ADC等級有關，是產生測量輸出值的最小輸入值；解析度則表示了輸入參數最小增量。
除此之外，加速度傳感器按輸出的不同還可分為模擬式和數字式兩種。其中模擬式加速度傳感器輸出值為電壓，還需要在系統中添加模數轉換（ADC）；數字式加速度傳感器的接口芯片中已經集成了ADC電路，可直接以SPI或I2C等實現數字傳輸。數字式產品在成本上也有一定優勢，因為高質量ADC通常比較昂貴，價格甚至可超過傳感器部分的單獨售價。
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