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

MEMS 還可以改進物聯(lián)網(wǎng)應用中使用的傳統(tǒng)技術。一個例子是能量收集，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）來產生能量。這些特殊的 MEMS 組件可以通過其獨特的功能增強物聯(lián)網(wǎng)設備，例如更緊湊的尺寸和更低的工作功耗。從本質上講，物聯(lián)網(wǎng)中的 MEMS 將成為智能設備簡化和準確性的新趨勢。

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

智能傳感器處理單元

意法半導體成功地將信號處理和人工智能算法結合到 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) 結合了適合在同一芯片上運行 AI 算法和 MEMS 傳感器的數(shù)字信號處理器 (DSP)。

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

專有的超低功耗 DSP 具有增強的 32 位精簡指令集計算 (RISC) 機器，可以用 C 語言進行編程。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，用于通過分析慣性數(shù)據(jù)，為活動識別和異常檢測等任務提供更高的準確性和效率。

MEMS麥克風

Knowles Corp.的SiSonic 表面貼裝 MEMS 麥克風采用 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。底部端口功能還實現(xiàn)了薄型設計。

MEMS 麥克風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。據(jù)說新的 MaxRF 型號可以消除 GSM/TDMA 突發(fā)噪聲并提供寬帶射頻噪聲抑制，并且集成設計提供差分或可切換增益。

這些麥克風還可以與 Knowles 的 IntelliSonic 軟件和提供精確定制聲音的特殊端口設計進行通信。該公司表示，當進入低功耗、高信噪比傳感模式時，它們還為語音觸發(fā)應用提供多種性能模式（睡眠、低功耗和標準）。

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?？蓴U展的開發(fā)平臺由 SiSonic MEMS 麥克風陣列、語音振動傳感器和多種揚聲器驅動器組件組成，支持先進的新興音頻用例。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 平臺還具有用于獨立設備的優(yōu)質 Knowles 小型揚聲器驅動器，旨在延長電池壽命。該系統(tǒng)還包含一個平衡電樞高音揚聲器和動態(tài)低音揚聲器，以實現(xiàn)高清音頻性能。

無線傳感器節(jié)點的能量收集

弗勞恩霍夫硅技術研究所(ISIT) 和德國富特旺根大學機械與醫(yī)學工程學院提出了一種用于節(jié)能傳感器應用的零功耗喚醒方案，該方案基于具有晶圓級集成的壓電 MEMS 能量收集器微磁鐵。這項技術在 Fraunhofer ISIT 研究“用于節(jié)能傳感器節(jié)點的寬帶零功耗喚醒 MEMS 器件”中有所介紹。

基于電磁振動的電磁 MEMS 是能量收集的關鍵設備，尤其是在無線工業(yè)節(jié)點和偏遠地區(qū)。這些電磁振動能量收集器 (EM-VEH) 可以為物聯(lián)網(wǎng)的遠程無線傳感器節(jié)點供電。

由于這些 MEMS 設備的能量產生方法來自機械振動，因此能量產生是通過位于兩個釹鐵硼 (NdFeB) 磁體之間的硅彈簧的運動來實現(xiàn)的。這些是最強大、最強的稀土磁鐵。

該 EM-VEH 包括一個硅彈簧、兩個微型 NdFeB 磁體（其中一個是調諧磁體，另一個是感應磁體）和一個平面銅微線圈。

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

為了演示零功耗待機，MEMS 采集設備喚醒了電池供電的微控制器。可以實現(xiàn)數(shù)十毫秒數(shù)量級的喚醒時間。

磁力計

Memsic 磁力計是基于各向異性磁阻 (AMR) 技術的新型 MEMS 傳感器。它們可用于一系列應用，包括消費電子產品、汽車和智能手機。

Memsic磁力計的技術優(yōu)勢是精度更高，測量分辨率高達1度，信噪比高，靈敏度高，噪聲低。此外，與需要溫度補償?shù)幕魻杺鞲衅飨啾?，AMR 傳感器技術不會隨溫度變化，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 深度相機技術

OQmented 設計了一款超緊湊的 3D 深度感應攝像頭，它為使用免費RGB-D 技術升級移動或固定攝像頭提供了一種經(jīng)濟高效的解決方案。

雙軸 MEMS 激光掃描儀圍繞獲得專利的結構光投影儀設計，可在可調節(jié)的大視場內實現(xiàn)精確的高分辨率掃描。這與傳統(tǒng)的低分辨率紅外點投影儀不同。

OQmented 的 LiDAR 相機可以通過應用其專利的Lissajous 激光掃描技術來投射動態(tài)變化的紅外模式，這是千赫茲范圍內幀速率的關鍵。將人眼安全的紅外激光器的所有激光能量集中在一個點上，由雙軸 MEMS 反射鏡動態(tài)掃描，這對于克服帶有固定紅外點投影儀的標準 3D LiDAR 相機的典型深度范圍和分辨率限制至關重要。

自適應 ZeroPower Listening MEMS 麥克風

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

這款麥克風的自適應 ZeroPower Listening 技術將自動實時學習環(huán)境的聲學特性，并讓系統(tǒng)忽略背景噪音。麥克風只會在響應關鍵字或其他所需的聲學觸發(fā)時喚醒。這將允許系統(tǒng)在超過 90% 的時間內休眠并延長電池壽命。

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

結論

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

　　審核編輯：湯梓紅