這家英國公司號稱(chēng)在氣體傳感器領(lǐng)域擊敗了蘋(píng)果

在最近于美國加州舉行的年度微機電產(chǎn)業(yè)高峰會(huì )(MEMS Executive Congress 2015)上，來(lái)自英國的企業(yè)Cambridge CMOS Sensors展示了號稱(chēng)全球第一款為智能手機量身打造的氣體傳感器，該MEMS-CMOS芯片尺寸僅1mm2，而且成本低廉、可望大量普及應用──這也是第一次有新類(lèi)型的MEMS傳感器在智能手機領(lǐng)域擊敗蘋(píng)果(Apple)。

 

Cambridge也宣布該公司已經(jīng)贏(yíng)得來(lái)自中國企業(yè)K-Free Wireless的首個(gè)設計方案；K-Free是白牌智能手機制造商，為電信營(yíng)運商生產(chǎn)貼牌手機。Cambridge的產(chǎn)品總監Jess Brown表示，“我們也很希望能進(jìn)駐蘋(píng)果(Apple) iPhone，而我們也有英國的潛在客戶(hù)──在當地有一些密閉空間存在危險氣體積聚的問(wèn)題。”

 

 

Cambridge的MEMS-CMOS氣體傳感器芯片尺寸僅1mm2

 

K-Free手機設計方案能勝過(guò)Apple之處，就在于采用Cambridge的全數字架構MEMS-CMOS傳感器CCS811；Brown表示，該傳感器可以感測揮發(fā)性有機化合物(volatile organic compounds，VOC)，例如廉價(jià)的加熱器產(chǎn)生之一氧化碳，廉價(jià)家具產(chǎn)生的甲醛(formaldehyde)，甚至還能作為警察取締酒駕的呼吸測試器。

 

 

K-Free為中國電信企業(yè)生產(chǎn)的貼牌手機，將配備Cambridge的MEMS-CMOS氣體傳感器，鎖定對危害健康之空氣污染的檢測應用

 

針對其他應用市場(chǎng)，全數字的CCS811傳感器能被配置為采用不同的頂部金屬氧化物或過(guò)濾器，僅用以偵測二氧化碳、乙醇(ethanol)或其他有害氣體；此外該傳感器也能用來(lái)量測戶(hù)外空氣質(zhì)量，包括北京、洛杉磯等城市的二氧化氮。

 

Brown表示：“它能告訴你何時(shí)該打開(kāi)窗戶(hù)通風(fēng)；研究顯示，盡管是非常少量的揮發(fā)性有機化合物，也會(huì )讓人在做決策時(shí)的效率出現61%的低落。”他補充指出，MEMS-CMOS氣體傳感器的最大優(yōu)勢，在于能跟著(zhù)國際半導體技術(shù)藍圖(ITRS)的步伐不斷微縮。

 

該氣體傳感器已經(jīng)到達怎樣的水平？

 

該氣體傳感器的最頂端是一層金屬氧化物(例如偵測揮發(fā)性有機化合物的錫氧化物)，其下方有金(gold)觸點(diǎn)，可量測金屬氧化物的電阻；在金導線(xiàn)之下的是一個(gè)微小的加熱板，會(huì )為整個(gè)組件加熱，因此改變頂層的電阻值──與(透過(guò)孔洞)接觸傳感器的氣體成正比。

 

 

Cambridge的MEMS-CMOS氣體傳感器結構

 

然后該數字傳感器利用Silicon Labs的8051微控制器(與傳感器在同一個(gè)封裝中)，來(lái)量測金電極之間的電阻，并實(shí)時(shí)緩沖其變化；當它超過(guò)一個(gè)既定水平，一個(gè)中斷警報就會(huì )被發(fā)送到智能手機的應用處理器(或是應用處理器會(huì )周期性輪詢(xún)8051控制器清空緩沖存儲器，并繪制例如空氣質(zhì)量的PPM記錄圖等，看應用程序如何執行)。

 

該種傳感器的電池壽命可長(cháng)達五年，僅需使用小型的鋰電池；結合傳感器與微控制器的封裝組件尺寸為2.7mm×4.0mm×0.6mm，配備I2S接口、耗電低于1.2mW，閑置模式時(shí)的耗電量甚至低于6μW。

 

Cambridge先前曾推出模擬版本的傳感器，需要OEM客戶(hù)添加自己的微控制器，或是借用應用處理器的寶貴資源來(lái)啟動(dòng)微型加熱板、量測金電極之間的電阻并分析結果；而新版的CCS811數位傳感器，則可望讓氣體傳感器進(jìn)軍數十億臺的大眾市場(chǎng)智能手機、可穿戴式設備與物聯(lián)網(wǎng)(IoT)設備。

 

成立于2008年的Cambridge CMOS Sensors花了六年時(shí)間開(kāi)發(fā)出模擬版本的氣體傳感器，但最新的數字版產(chǎn)品則只花了一年的時(shí)間；接下來(lái)他們將在同一個(gè)封裝中整合多個(gè)CCS811傳感器芯片，以支持更多種類(lèi)的氣體感測。