物聯(lián)網(wǎng)是通過互聯(lián)網(wǎng)連接對象和用戶的系統(tǒng)。使用微機(jī)電 (MEMS) 技術(shù)使“事物”變得更加簡單。MEMS 設(shè)備有多種形式，包括磁力計(jì)、麥克風(fēng)、振蕩器、傳感器和開關(guān)。它們的小尺寸、低功耗和制造可擴(kuò)展性使 MEMS 設(shè)備非常適合成本敏感的物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用。

MEMS 還可以改進(jìn)物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用中使用的傳統(tǒng)技術(shù)。一個(gè)例子是能量收集，其中可以通過改變環(huán)境中的因素（例如壓力、溫度、聲音和振動(dòng)）來產(chǎn)生能量。這些特殊的 MEMS 組件可以通過其獨(dú)特的功能增強(qiáng)物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備，例如更緊湊的尺寸和更低的工作功耗。從本質(zhì)上講，物聯(lián)網(wǎng)中的 MEMS 將成為智能設(shè)備簡化和準(zhǔn)確性的新趨勢。

讓我們看一下最近用于物聯(lián)網(wǎng)的一些獨(dú)特的 MEMS 產(chǎn)品和技術(shù)。

智能傳感器處理單元

意法半導(dǎo)體成功地將信號(hào)處理和人工智能算法結(jié)合到 MEMS 傳感器上。這種組合為本地決策注入了額外的節(jié)省空間和電力的好處。智能傳感器處理單元 (ISPU) 結(jié)合了適合在同一芯片上運(yùn)行 AI 算法和 MEMS 傳感器的數(shù)字信號(hào)處理器 (DSP)。

ST表示，通過在MEMS傳感器上結(jié)合DSP和AI算法，ISPU可以降低高達(dá)80%的功耗。該公司還計(jì)算出，在傳感器融合應(yīng)用中，與系統(tǒng)級(jí)封裝方法相比可節(jié)省 5 至 6 倍的功率，在運(yùn)行模式下可節(jié)省 2 至 3 倍。

專有的超低功耗 DSP 具有增強(qiáng)的 32 位精簡指令集計(jì)算 (RISC) 機(jī)器，可以用 C 語言進(jìn)行編程。它將允許量化的 AI 傳感器支持全到單位精度的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，用于通過分析慣性數(shù)據(jù)，為活動(dòng)識(shí)別和異常檢測等任務(wù)提供更高的準(zhǔn)確性和效率。

MEMS麥克風(fēng)

Knowles Corp.的SiSonic 表面貼裝 MEMS 麥克風(fēng)采用 UltraMini (<11.5 mm) 和 Slim UltraMini (<8.5 mm) 占位面積，提供小尺寸和薄型，以及多種安裝選項(xiàng)。底部端口功能還實(shí)現(xiàn)了薄型設(shè)計(jì)。

MEMS 麥克風(fēng)還提供更高的輸出容量，以及有助于消除噪音的新數(shù)字音頻選項(xiàng)。據(jù)說新的 MaxRF 型號(hào)可以消除 GSM/TDMA 突發(fā)噪聲并提供寬帶射頻噪聲抑制，并且集成設(shè)計(jì)提供差分或可切換增益。

這些麥克風(fēng)還可以與 Knowles 的 IntelliSonic 軟件和提供精確定制聲音的特殊端口設(shè)計(jì)進(jìn)行通信。該公司表示，當(dāng)進(jìn)入低功耗、高信噪比傳感模式時(shí)，它們還為語音觸發(fā)應(yīng)用提供多種性能模式（睡眠、低功耗和標(biāo)準(zhǔn)）。

樓氏電子還開發(fā)了支持 AI 的真無線立體聲 (TWS) 開發(fā)平臺(tái)?？蓴U(kuò)展的開發(fā)平臺(tái)由 SiSonic MEMS 麥克風(fēng)陣列、語音振動(dòng)傳感器和多種揚(yáng)聲器驅(qū)動(dòng)器組件組成，支持先進(jìn)的新興音頻用例。該系統(tǒng)包含具有可拆卸耳塞功能的無線左右聲道，用于測試不同的配置。此 TWS 平臺(tái)還具有用于獨(dú)立設(shè)備的優(yōu)質(zhì) Knowles 小型揚(yáng)聲器驅(qū)動(dòng)器，旨在延長電池壽命。該系統(tǒng)還包含一個(gè)平衡電樞高音揚(yáng)聲器和動(dòng)態(tài)低音揚(yáng)聲器，以實(shí)現(xiàn)高清音頻性能。

無線傳感器節(jié)點(diǎn)的能量收集

弗勞恩霍夫硅技術(shù)研究所(ISIT) 和德國富特旺根大學(xué)機(jī)械與醫(yī)學(xué)工程學(xué)院提出了一種用于節(jié)能傳感器應(yīng)用的零功耗喚醒方案，該方案基于具有晶圓級(jí)集成的壓電 MEMS 能量收集器微磁鐵。這項(xiàng)技術(shù)在 Fraunhofer ISIT 研究“用于節(jié)能傳感器節(jié)點(diǎn)的寬帶零功耗喚醒 MEMS 器件”中有所介紹。

基于電磁振動(dòng)的電磁 MEMS 是能量收集的關(guān)鍵設(shè)備，尤其是在無線工業(yè)節(jié)點(diǎn)和偏遠(yuǎn)地區(qū)。這些電磁振動(dòng)能量收集器 (EM-VEH) 可以為物聯(lián)網(wǎng)的遠(yuǎn)程無線傳感器節(jié)點(diǎn)供電。

由于這些 MEMS 設(shè)備的能量產(chǎn)生方法來自機(jī)械振動(dòng)，因此能量產(chǎn)生是通過位于兩個(gè)釹鐵硼 (NdFeB) 磁體之間的硅彈簧的運(yùn)動(dòng)來實(shí)現(xiàn)的。這些是最強(qiáng)大、最強(qiáng)的稀土磁鐵。

該 EM-VEH 包括一個(gè)硅彈簧、兩個(gè)微型 NdFeB 磁體（其中一個(gè)是調(diào)諧磁體，另一個(gè)是感應(yīng)磁體）和一個(gè)平面銅微線圈。

電磁能量采集器的工作原理是法拉第電磁感應(yīng)定律。這種方法可以實(shí)現(xiàn)更高的功率密度。該設(shè)計(jì)使用具有大容量、極薄膜鐵磁材料和磁鐵的電感器。

為了演示零功耗待機(jī)，MEMS 采集設(shè)備喚醒了電池供電的微控制器?？梢詫?shí)現(xiàn)數(shù)十毫秒數(shù)量級(jí)的喚醒時(shí)間。

磁力計(jì)

Memsic 磁力計(jì)是基于各向異性磁阻 (AMR) 技術(shù)的新型 MEMS 傳感器。它們可用于一系列應(yīng)用，包括消費(fèi)電子產(chǎn)品、汽車和智能手機(jī)。

Memsic磁力計(jì)的技術(shù)優(yōu)勢是精度更高，測量分辨率高達(dá)1度，信噪比高，靈敏度高，噪聲低。此外，與需要溫度補(bǔ)償?shù)幕魻杺鞲衅飨啾?，AMR 傳感器技術(shù)不會(huì)隨溫度變化，與具有高零偏移的霍爾傳感器相比，它們提供更穩(wěn)定的性能，受環(huán)境變化的影響更小。

基于 MEMS 的 3D 深度相機(jī)技術(shù)

OQmented 設(shè)計(jì)了一款超緊湊的 3D 深度感應(yīng)攝像頭，它為使用免費(fèi)RGB-D 技術(shù)升級(jí)移動(dòng)或固定攝像頭提供了一種經(jīng)濟(jì)高效的解決方案。

雙軸 MEMS 激光掃描儀圍繞獲得專利的結(jié)構(gòu)光投影儀設(shè)計(jì)，可在可調(diào)節(jié)的大視場內(nèi)實(shí)現(xiàn)精確的高分辨率掃描。這與傳統(tǒng)的低分辨率紅外點(diǎn)投影儀不同。

OQmented 的 LiDAR 相機(jī)可以通過應(yīng)用其專利的Lissajous 激光掃描技術(shù)來投射動(dòng)態(tài)變化的紅外模式，這是千赫茲范圍內(nèi)幀速率的關(guān)鍵。將人眼安全的紅外激光器的所有激光能量集中在一個(gè)點(diǎn)上，由雙軸 MEMS 反射鏡動(dòng)態(tài)掃描，這對于克服帶有固定紅外點(diǎn)投影儀的標(biāo)準(zhǔn) 3D LiDAR 相機(jī)的典型深度范圍和分辨率限制至關(guān)重要。

自適應(yīng) ZeroPower Listening MEMS 麥克風(fēng)

Vesper Technologies, Inc.的VM3011是該公司首款采用自適應(yīng) ZeroPower Listening 技術(shù)的智能數(shù)字壓電 MEMS 麥克風(fēng)。這種省電架構(gòu)將電池待機(jī)壽命延長了 10 倍。

這款麥克風(fēng)的自適應(yīng) ZeroPower Listening 技術(shù)將自動(dòng)實(shí)時(shí)學(xué)習(xí)環(huán)境的聲學(xué)特性，并讓系統(tǒng)忽略背景噪音。麥克風(fēng)只會(huì)在響應(yīng)關(guān)鍵字或其他所需的聲學(xué)觸發(fā)時(shí)喚醒。這將允許系統(tǒng)在超過 90% 的時(shí)間內(nèi)休眠并延長電池壽命。

應(yīng)用包括物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)品，以及便攜式智能揚(yáng)聲器、智能手表和其他電池供電系統(tǒng)。它們還可用于汽車、醫(yī)療設(shè)備和安全攝像頭。

結(jié)論

MEMS 是一種非常成功的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，因?yàn)楝F(xiàn)代、成熟的 MEMS 制造使小型、低成本、高性能設(shè)備成為可能。隨著 MEMS 的發(fā)展和成熟，隨著新的和增強(qiáng)的解決方案，我們將看到未來添加到物聯(lián)網(wǎng)的設(shè)備和應(yīng)用程序的更多改進(jìn)。

　　審核編輯：湯梓紅