цифровая электроника
вычислительная техника
встраиваемые системы

 
» » Что такое МЭМС технологии и МЭМС компоненты

Что такое МЭМС технологии и МЭМС компоненты

Автор: Mike(admin) от 5-12-2018, 07:15

Что такое МЭМС?


МЭМС (MEMS) или микроэлектромеханические системы – это концепция создания электронных компонентов, которая стала популярной в последнее время благодаря повышающейся степени миниатюризации.


МЭМС представляет собой технологию, которая позволяет миниатюризировать механические структуры и полностью интегрировать их с электрическими схемами, что приводит к одному физическому устройству, которое на самом деле больше похоже на систему, где «система» определяет, что механические компоненты и электрические компоненты работают вместе для реализации желаемой функциональности. Таким образом, это микро (т. е. очень маленькая) электрическая и механическая система.


Микромеханика и электрические цепи


Механические компоненты и системы обычно считаются менее технологически продвинутыми, чем сопоставимые решения, основанные главным образом на электрических явлениях, но это не означает, что механический подход повсеместно уступает. Механическое реле, например, намного старше, чем устройства на основе транзисторов, которые обеспечивают аналогичную функциональность, но механические реле все еще широко используются.


Тем не менее, типичные механические устройства всегда будут иметь недостаток в том, что они безнадежно громоздки по сравнению с электронными компонентами, имеющимися в интегральных схемах. Ограничения пространства данного приложения могут привести к тому, что электрические компоненты будут предпочтительными или требуемыми, даже если механическая реализация привела бы к более простой структуре или более высокой производительности.


Технология MEMS представляет собой концептуально прямое решение этой дилеммы: если мы модифицируем механические устройства таким образом, чтобы они были не только очень маленькими, но и полностью совместимы с технологическими процессами с интегральной схемой, мы можем в определенной степени получить лучшее из обоих миров.


Ниже показано изображение физической шестерни и цепи. Этот механизм движется и функционирует так, как вы ожидаете, от обычного механизма с цепью. Однако звенья в цепи имеют длину около 50 мкм, т. е. это меньше диаметра человеческого волоса.


Микромеханическая система

Как делают МЭМС компоненты?


Выше было написано, что технология МЭМС представляет собой концептуально прямое решение. Как и следовало ожидать, идея создания микроскопического механического устройства намного проще, чем его создание.


Крошечные механические структуры в устройстве МЭМС изготовлены на основе физически модифицированного кремния (или другого материала подложки) с использованием специализированных методов, о которых точнее известно компаниям-производителям. Эти кремниевые механические структуры затем объединяются с кремниевыми интегральными схемами, и полученная электромеханическая система корпусируется и продается как единое устройство.


МЭМС-устройства используют микромашинные структуры, датчики и исполнительные механизмы. Датчики позволяют МЭМС обнаруживать тепловые, механические, магнитные, электромагнитные или химические изменения, которые могут быть преобразованы электронными схемами в пригодные для использования данные, а исполнительные механизмы создают физические изменения, а не просто измеряют их.


Пример МЭМС устройства


Давайте рассмотрим пример функциональности и внутренней структуры устройства МЭМС.


МЭМС-переключатель

Приведенный выше рисунок представляет физическую структуру микромашинных ключей (коммутаторов, переключателей). Здесь мы видим четыре пучка переключателей, каждый из которых имеет пять контактов (использование нескольких контактов – это метод снижения сопротивления на входе). Пучки переключателей приводятся в действие приложенным напряжением.


МЭМС-переключатель с драйвером

А здесь мы увидели переключатель МЭМС (справа) и связанную схему драйвера (слева), взаимосвязанные и размещенные в корпусе QFN. Схема драйвера позволяет стандартному цифровому устройству, например микроконтроллеру, эффективно управлять коммутатором, потому что он обеспечивает все необходимое для генерации фазового сигнала высокого напряжения, который способствует эффективной и надежной работе переключателя.


Приложения МЭМС: где используются МЭМС-устройства


Технология МЭМС может быть включена в широкий спектр электронных компонентов. Компании, которые делают эти компоненты, предположительно утверждают, что реализация МЭМС превосходит все, что использовалось до того, как версия МЭМС стала доступной. Было бы трудно проверить достаточное количество этих претензий, чтобы оправдать обобщенное утверждение в соответствии с тем, что «устройства МЭМС предлагают значительно лучшую производительность, чем устройства, отличные от МЭМС». Однако общее впечатление инженеров заключается в том, что во многих ситуациях МЭМС действительно является значительным шагом вперед и если производительность или простота внедрения являются приоритетом в вашем проекте, то стоит сначала посмотреть на МЭМС-устройства.


В контексте электротехники технология МЭМС, как правило, используется в четырех категории продуктов: аудио, датчики, переключатели, осцилляторы (генераторы тактовых сигналов). Конечно, могут быть некоторые менее распространенные продукты, которые не вписываются в одну из этих категорий, но они встречаются довольно редко.


МЭМС в аудио


В сфере звукового оборудования мы можем найти МЭМС-микрофоны и колонки на основе МЭМС.


МЭМС-микрофон

МЭМС-датчики


Датчики являются доминирующим применением методов МЭМС; существуют сделанные на основе МЭМС гироскопы, инклинометры, акселерометры, датчики расхода, датчики газа, датчики давления и датчики магнитного поля.


МЭМС-ключи


Электрически управляемые переключатели представляют собой довольно интересное применение технологии МЭМС. Например ADGM1004 производства компании Analog Devices легко контролировать, он работает с частотами от 0 Гц до более 10 ГГц, имеет ток утечки менее 1 нА в выключенном состоянии и обеспечивает очень быстрое время срабатывания.


МЭМС-осцилляторы


Объединение микромощного резонатора с возбуждающей схемой и поддерживающей схемой приводит к созданию МЭМС-генератора тактовых импульсов. Вот, например, осциллятор SiT2024B компании SiTime.


осциллятор SiT2024B компании SiTime

Такие устройства могут быть отличным выбором для требовательных приложений. Основываясь на информации SiTime, такой МЭМС-генератор может серьезно опередить кварцевые генераторы в плане производительности.




© digitrode.ru


Теги: MEMS



   Благодарим Вас за интерес к информационному проекту digitrode.ru.
   Если Вы хотите, чтобы интересные и полезные материалы выходили чаще, и было меньше рекламы,
   Вы можее поддержать наш проект, пожертвовав любую сумму на его развитие.


Уважаемый посетитель, Вы зашли на сайт как незарегистрированный пользователь.
Мы рекомендуем Вам зарегистрироваться либо войти на сайт под своим именем.

Комментарии:

Оставить комментарий