г. Москва, ул.Новороссийская, дом 21, к.64. м.Люблино,ПН-ПТ с 10.00 до 19.30 и СБ с 12.00 до 16.00
+7(985) 997-37-74
01.08.2016

Микроэлектромеханические системы (МЭМС)

01.08.2016

Что такое МЭМС? Если вы не знаете то наверняка видели датчики типа BMP180 или слышали о них. Цифровой барометр. Датчик атмосферного давления..Акселерометр...Так вот, все они устроены по технологии МЭМС. Далее о датчиках Bosh.

 

Трудно представить себе современные устройства, в которых бы не использовались микро- и наноразработки. Востребованными и популярными элементами являются микроэлектромеханические системы (МЭМС), представляющие собой интегрированные устройства на полупроводниковой кремниевой или полимерной подложке. Они функционально и эргономично объединяют микроэлектронные и микромеханические компоненты, создавая дополнительные возможности и выгоды эксплуатации.

Хотя само название МЭМС простому обывателю, скорее всего, незнакомо, но гаджеты, работающие на основе таких технологий, используются повсеместно. Условно их можно разделить на сенсоры — измерительные устройства, которые преобразовывают физическое воздействие в электрические сигналы, и актуаторы, функцией которых становится обратная задача — преобразование сигнала в конкретное действие. Популярными примерами девайсов с микроэлектромеханическими системами можно назвать акселерометры, гироскопы, оптические модуляторы, другие датчики разных типов. Их применение существенно расширяет возможности инновационной техники в самых разных отраслях. Некоторые характеристики выгодно отличают МЭМС от более ранних аналогов.

Главные преимущества МЭМС

Использование МЭМС позволяет получать более выгодный результат как в техническом, так и в экономическом плане. Соединение обрабатывающих схем и сенсоров в едином устройстве очень небольших размеров создает комплексный, готовый к применению продукт с высокими эксплуатационными показателями. Технологии, объединяющие в одном устройстве электронную часть и микромеханические составляющие, существенно улучшают точность измерений, рабочие частоты, функцию подавления шумов, общие характеристики надежности и долгосрочности службы. Это выгодно отличает МЭМС, например, от микроэлектронных устройств. Кроме того, такие интегрированные системы уменьшают цену отдельно взятых механических и электронных элементов, за счет совмещения частей на единой подложке положительно сказываются на габаритах.

Среди достоинств микроэлектромеханических систем и датчиков на их основе стоит также выделить:

  • эргономичные размеры;

  • оптимальное сочетание полезных функций;

  • надежность и долговечность эксплуатации;

  • экономичное энергопотребление;

  • минимальный разброс технических характеристик в конкретной партии;

  • возможность соединения с разными типами узлов.

Изложенные выше выгоды обусловливают применение датчиков МЭМС в самых разных сферах: мобильных гаджетах и бытовых приборах, медицине и разных отраслях промышленности, автомобилестроении и военной технике. Мы же рассмотрим более детально датчики атмосферного давления, их особенности и характеристики.

Датчики атмосферного давления Bosch: сравнительный анализ

На современном рынке микроэлектромеханических систем компания Bosch является признанным лидером. Подразделение Sensortec обеспечивает такими устройствами крупнейших производителей автомобильной техники и бытовой электроники. Популярными моделями датчиков атмосферного давления стали BMP180, BMP280 и BME280 данной марки.

BMP180 — это цифровой датчик давления с высокой производительностью, что обусловливает его применение в современных смартфонах, планшетах и спортивных гаджетах. По сравнению с более ранней моделью BMP085 он получил многие улучшения в габаритах и расширенном цифровом интерфейсе. Супернизкое энергопотребление в 5 мкА и стабильное функционирование делают BMP180 хорошим выбором для экономичных мобильных устройств.

BMP280 является датчиком барометрического давления, специально разработанным для мобильных приложений. Модуль датчика размещен в эргономичном корпусе. Небольшие габариты и низкое энергопотребление позволяют применять его в устройствах с аккумуляторным питанием — мобильных телефонах, GPS-навигаторах, часах. Датчик отличается высокой степенью гибкости в отношении потребляемой мощности, оптимальной производительностью и надежностью.

BME280 представляет собой интегрированный датчик, разработанный специально для мобильных устройств, в которых размер и низкое энергопотребление являются ключевыми условиями дизайна. Он также применяется в бытовой технике и современном спортивном оборудовании. Устройство сочетает в 8-выводном металлическом модуле датчики высокой точности для давления, влажности и температуры. Оно оптимально приспособлено для низкого потребления энергии 3,6 мкА, долгосрочной стабильной и надежной эксплуатации с мгновенным выводом результатов измерений.

Другие параметры моделей представлены в таблице:

Параметры

BMP180

BMP280

BME280

Габариты

3.6 x 3.8 x 0.93 мм

2.0 x 2.5 x 0.95 мм

8-контактный металлический разъем LGA

2.5 x 2.5 x 0.93 мм

8-контактный металлический разъем LGA

Диапазон давления

300-1100 гПа

300-1100 гПа

300-1100 гПа

Рабочая температура

-40 — 85°C

-40 — 85°C

-40 — 85°C

Интерфейс

I²C

I²C и SPI

I²C и SPI

Напряжение питания

VDDIO

VDD

 

1.62 — 3.6 В

1.8 — 3.6 В

 

1.2 — 3.6 В

1.71— 3.6 В

 

1.2 — 3.6 В

1.71— 3.6 В

Потребляемый ток

5мкА при скорости 1Гц

2.74 мкA, в спящем режиме — 0.1 мкA

1.8 — 3.6 мкА

0.1 мкА в режиме ожидания

Смещение

± 0,12 гПа

± 1,0 м

± 0,12 гПа

± 1,0 м

± 0,12 гПа

± 1,0 м

 

Таким образом, выбор конкретной модели устройства полностью зависит от его предназначения и желаемой функциональности. Любой из предложенных датчиков сможет отлично выполнять возложенные на него задачи. Но если небольшие размеры играют важную роль при выборе, первый вариант вряд ли станет оптимальным. Что касается остальных двух, тут напрашивается приблизительно такой вывод: если показатели температуры и влажности важны для конкретного устройства, стоит остановиться на более современной модели BME280; если же интересует исключительно функция измерения атмосферного давления, тогда незачем тратить лишние средства — лучше выбрать датчик BMP280. Результат будет полностью соответствовать всем техническим требованиям эксплуатации МЭМС.