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采用智能穿戴ROHM打造新型电子传感元件

时间:2024-05-22 11:00:47 科技赋能

近年来,随着智能手机和可穿戴设备的普及,在运动过程中可以像GPS一样在室内进行实时位置检测,并实现精确指向。

越来越多的目的地3D室内导航应用解决方案,包括立体信息。

例如,可以在建筑物内提供导航功能来识别建筑物的哪个楼层和哪个位置。

为了实现这种3D室内导航,需要比以前更高精度的传感器。

ROHM新开发的方法使用MEMS(微机电系统)气压传感器来检测高度,并使用地磁传感器(MI)来检测方向。

,实现更高精度的导航。

压阻式气压传感器 气压传感器分为不同的检测类型。

ROHM 的气压传感器利用压阻效应。

压阻式气压传感器利用真空室和硅基板通过蚀刻等方法在薄膜(受压部分)上扩散、离子注入形成的应变计电阻(压阻)的压阻效应(图1)图图1:气压传感器剖面图压阻效应与压电效应不同,它是一种由应力引起的极化现象。

这是由于施加在电阻器上的应力而导致电导率或电阻率发生变化的现象。

这种现象是由于施加的应力导致晶格变形而引起的,从而改变了半导体中载流子的数量和迁移率。

当膜片在压力下弯曲时,每个应变计电阻器都会产生与膜片弯曲量相对应的应力。

应变计电阻(压敏电阻)的电阻率与应力成比例变化,由此产生的电阻变化被用作电压变化来检测气压。

然而,由于该电阻的变化极小,因此采用具有四个电阻的惠斯登电桥电路来实现高灵敏度。

此次,罗姆针对智能手机、可穿戴设备、活动追踪器等领域不断增长的市场,开发了可检测气压信息以进行海拔和高差检测的气压传感器“BMGLV”。

今年4月上市,开始量产。

该产品融合了ROHM长年积累??的传感器开发技术,配备了用于检测的高精度MEMS和低功耗、高精度A/D转换器。

实现业界最高的相对高度精度±20cm(相对气压精度±20cm)。

0.hPa)。

(图2)此外,传统气压传感器还存在低温下检测精度难以提高的问题。

ROHM采用独创的校正算法对IC内部进行温度校正,实现低温下的高精度气压检测。

(图3)同时,不需要为外部微控制器配备温度校正功能,这极大地帮助减轻了设计负担,成功实现了传感模块和计算模块的小型化。

因此,内置温度校正功能的气压传感器实现了业界最小的封装尺寸(2.5mm × 2.5mm × 0.95mm)。

图2:气压检测结果示例 图3:随温度变化的气压检测结果示例 随着气压传感器的应用越来越广泛,人们对更高精度的气压检测和高度检测功能的需求也越来越大;同时,随着智能手机、可穿戴设备向小型化、高性能化发展,对传感器小型化的要求也越来越强烈。

为了满足这些需求,ROHM计划于今年4月开始量产“BMGLV”。

该产品继承了已经开始量产的BMGLV的特性,通过对气压检测用MEMS和控制电路进行优化,与ROHM以往的产品相比,面积减少了36%,成为世界上最小的封装(2.0mm)。

× 2.0 毫米 × 1.0 毫米)。

气压传感器。

(图4)(截至2019年7月14日的ROHM调查数据) 图4:PKG尺寸示意图 使用MI元件的地磁传感器 过去,检测方位的地磁传感器大多使用霍尔元件,但这种类型的地磁传感器具有精度低的问题。

,一直阻碍着室内导航的普及。

另外,有些采用MR(磁阻)元件,具有精度优势,但存在移动设备功耗的问题。

针对这些问题,ROHM于2006年开始与爱知制钢株式会社进行业务合作,共同开发了使用MI元件的地磁传感器,该传感器在精度、功耗等方面领先于现有技术。

MI元件指对特殊的非晶丝施加脉冲电流,通过非晶丝周围形成的拾波线圈(Pickup Coil)检测此时磁阻抗变化的元件。

ROHM的BM14××系列(芯片尺寸2.0×2.0×1.0mm)是通过X轴、Y轴、Z轴和控制ASIC集成了该MI组件的IC芯片。

该地磁传感器(MI传感器)具有以下两个特点。

第一个特点是,在全球任何地方,检测精度误差均可达到±0.3度以内。

(图5)结合配备高灵敏度MI元件的模拟前端电路和抗噪声能力强的高精度A/D转换器,成功将σ噪声的影响降低至0.06μT,仅为是普通产品的1/7。

从而实现了±0.3度或更小的业界最高方位角检测精度误差,有助于推动物联网和传感器网络的创新速度,并实现室内导航等新型传感器应用。

第二个特点是超低功耗,非常适合移动设备。

(图6) 图5:实测方位误差对比 图6:为了提高功耗相对普通的地磁传感器的精度,需要增加传感(运算)次数并求平均值,但高灵敏度的MI传感器即使减少传感次数也能实现高精度,因此计算处理所需的功耗可大幅降低。

该产品实现了业界最小功耗0.15mA(Hz时),仅为普通产品的1/20,这对于智能手机和可穿戴设备的长期使用非常有帮助。

作为具有这些优势的 MI 传感器的未来应用,它包括增强现实服务。

这是一项在智能手机或平板电脑上显示您面前的现实,锁定并识别屏幕上物体的位置信息和方向信息,从互联网检索有关该物体的信息,并将其叠加显示在屏幕上的服务。

屏幕。

此外,如果与地图服务结合使用,还可以实现识别前方建筑物、自动访问建筑物网页等服务。

这些只能通过具有极高方向检测精度的 MI 传感器来实现。

今后,罗姆将继续推进传感器网络不可或缺的小型高精度传感器产品的开发,不断满足市场需求,为世界做出贡献。