用于物联网的MEMS产品和技术

物联网是通过互联网连接对象和用户的系统。使用微机电 (MEMS) 技术使“事物”变得更加简单。MEMS 设备有多种形式，包括磁力计、麦克风、振荡器、传感器和开关。它们的小尺寸、低功耗和制造可扩展性使 MEMS 设备非常适合成本敏感的物联网应用。

MEMS 还可以改进物联网应用中使用的传统技术。一个例子是能量收集，其中可以通过改变环境中的因素（例如压力、温度、声音和振动）来产生能量。这些特殊的 MEMS 组件可以通过其独特的功能增强物联网设备，例如更紧凑的尺寸和更低的工作功耗。从本质上讲，物联网中的 MEMS 将成为智能设备简化和准确性的新趋势。

让我们看一下最近用于物联网的一些独特的 MEMS 产品和技术。

智能传感器处理单元

意法半导体成功地将信号处理和人工智能算法结合到 MEMS 传感器上。这种组合为本地决策注入了额外的节省空间和电力的好处。智能传感器处理单元 (ISPU) 结合了适合在同一芯片上运行 AI 算法和 MEMS 传感器的数字信号处理器 (DSP)。

ST表示，通过在MEMS传感器上结合DSP和AI算法，ISPU可以降低高达80%的功耗。该公司还计算出，在传感器融合应用中，与系统级封装方法相比可节省 5 至 6 倍的功率，在运行模式下可节省 2 至 3 倍。

专有的超低功耗 DSP 具有增强的 32 位精简指令集计算 (RISC) 机器，可以用 C 语言进行编程。它将允许量化的 AI 传感器支持全到单位精度的神经网络，用于通过分析惯性数据，为活动识别和异常检测等任务提供更高的准确性和效率。

MEMS麦克风

Knowles Corp.的SiSonic 表面贴装 MEMS 麦克风采用 UltraMini (<11.5 mm) 和 Slim UltraMini (<8.5 mm) 占位面积，提供小尺寸和薄型，以及多种安装选项。底部端口功能还实现了薄型设计。

MEMS 麦克风还提供更高的输出容量，以及有助于消除噪音的新数字音频选项。据说新的 MaxRF 型号可以消除 GSM/TDMA 突发噪声并提供宽带射频噪声抑制，并且集成设计提供差分或可切换增益。

这些麦克风还可以与 Knowles 的 IntelliSonic 软件和提供精确定制声音的特殊端口设计进行通信。该公司表示，当进入低功耗、高信噪比传感模式时，它们还为语音触发应用提供多种性能模式（睡眠、低功耗和标准）。

楼氏电子还开发了支持 AI 的真无线立体声 (TWS) 开发平台。可扩展的开发平台由 SiSonic MEMS 麦克风阵列、语音振动传感器和多种扬声器驱动器组件组成，支持先进的新兴音频用例。该系统包含具有可拆卸耳塞功能的无线左右声道，用于测试不同的配置。此 TWS 平台还具有用于独立设备的优质 Knowles 小型扬声器驱动器，旨在延长电池寿命。该系统还包含一个平衡电枢高音扬声器和动态低音扬声器，以实现高清音频性能。

无线传感器节点的能量收集

弗劳恩霍夫硅技术研究所(ISIT) 和德国富特旺根大学机械与医学工程学院提出了一种用于节能传感器应用的零功耗唤醒方案，该方案基于具有晶圆级集成的压电 MEMS 能量收集器微磁铁。这项技术在 Fraunhofer ISIT 研究“用于节能传感器节点的宽带零功耗唤醒 MEMS 器件”中有所介绍。

基于电磁振动的电磁 MEMS 是能量收集的关键设备，尤其是在无线工业节点和偏远地区。这些电磁振动能量收集器 (EM-VEH) 可以为物联网的远程无线传感器节点供电。

由于这些 MEMS 设备的能量产生方法来自机械振动，因此能量产生是通过位于两个钕铁硼 (NdFeB) 磁体之间的硅弹簧的运动来实现的。这些是最强大、最强的稀土磁铁。

该 EM-VEH 包括一个硅弹簧、两个微型 NdFeB 磁体（其中一个是调谐磁体，另一个是感应磁体）和一个平面铜微线圈。

电磁能量采集器的工作原理是法拉第电磁感应定律。这种方法可以实现更高的功率密度。该设计使用具有大容量、极薄膜铁磁材料和磁铁的电感器。

为了演示零功耗待机，MEMS 采集设备唤醒了电池供电的微控制器。可以实现数十毫秒数量级的唤醒时间。

磁力计

Memsic 磁力计是基于各向异性磁阻 (AMR) 技术的新型 MEMS 传感器。它们可用于一系列应用，包括消费电子产品、汽车和智能手机。

Memsic磁力计的技术优势是精度更高，测量分辨率高达1度，信噪比高，灵敏度高，噪声低。此外，与需要温度补偿的霍尔传感器相比，AMR 传感器技术不会随温度变化，与具有高零偏移的霍尔传感器相比，它们提供更稳定的性能，受环境变化的影响更小。

基于 MEMS 的 3D 深度相机技术

OQmented 设计了一款超紧凑的 3D 深度感应摄像头，它为使用免费RGB-D 技术升级移动或固定摄像头提供了一种经济高效的解决方案。

双轴 MEMS 激光扫描仪围绕获得专利的结构光投影仪设计，可在可调节的大视场内实现精确的高分辨率扫描。这与传统的低分辨率红外点投影仪不同。

OQmented 的 LiDAR 相机可以通过应用其专利的Lissajous 激光扫描技术来投射动态变化的红外模式，这是千赫兹范围内帧速率的关键。将人眼安全的红外激光器的所有激光能量集中在一个点上，由双轴 MEMS 反射镜动态扫描，这对于克服带有固定红外点投影仪的标准 3D LiDAR 相机的典型深度范围和分辨率限制至关重要。

自适应 ZeroPower Listening MEMS 麦克风

Vesper Technologies, Inc.的VM3011是该公司首款采用自适应 ZeroPower Listening 技术的智能数字压电 MEMS 麦克风。这种省电架构将电池待机寿命延长了 10 倍。

这款麦克风的自适应 ZeroPower Listening 技术将自动实时学习环境的声学特性，并让系统忽略背景噪音。麦克风只会在响应关键字或其他所需的声学触发时唤醒。这将允许系统在超过 90% 的时间内休眠并延长电池寿命。

应用包括物联网产品，以及便携式智能扬声器、智能手表和其他电池供电系统。它们还可用于汽车、医疗设备和安全摄像头。

结论

MEMS 是一种非常成功的物联网技术，因为现代、成熟的 MEMS 制造使小型、低成本、高性能设备成为可能。随着 MEMS 的发展和成熟，随着新的和增强的解决方案，我们将看到未来添加到物联网的设备和应用程序的更多改进。

　　审核编辑：汤梓红