211service.com
Nowy kierunek dla cyfrowych kompasów
Telefony komórkowe i wiele innych urządzeń mobilnych jest teraz wyposażonych w czujniki, które mogą je śledzić, gdy się poruszają. Cyfrowe kompasy, żyroskopy i akcelerometry wbudowane w takie urządzenia zaowocowały szeroką gamą usług lokalizacyjnych, a także nowatorskimi sposobami kontrolowania mobilnych gadżetów — na przykład za pomocą potrząsania lub pstrykania. Teraz nowy sposób wytwarzania tych czujników może sprawić, że taka technologia będzie mniejsza i tańsza.
Postęp może również spowodować pojawienie się czujników ruchu w wielu innych urządzeniach i obiektach, w tym butach do biegania lub rakietach tenisowych, mówi Nigel Drew z Barcelony w Hiszpanii. Mikrosystemy Baolab , który opracował nową technologię.
Baolab stworzył nowy rodzaj cyfrowego kompasu przy użyciu prostszej metody produkcji. Technologia pojawi się w urządzeniach GPS w przyszłym roku – mówi Drew. Firma stworzyła również prototypy akcelerometrów i żyroskopów oraz planuje połączyć wszystkie trzy typy czujników na tym samym chipie.
Konwencjonalne kompasy cyfrowe są wytwarzane przy użyciu tak zwanej komplementarnej produkcji półprzewodników z tlenków metali, która jest najpowszechniejszą metodą wytwarzania mikroukładów i elektronicznych obwodów sterujących. Ale takie kompasy zawierają struktury, takie jak koncentratory pola magnetycznego, które należy dodać po wyprodukowaniu chipa, co zwiększa złożoność i koszty. Podstawowa różnica polega na tym, że [nasz kompas] jest wykonany w całości w standardowym CMOS, mówi Drew.
Jest to możliwe, ponieważ kompas wykorzystuje zjawisko zwane siłą Lorentza. Większość komercyjnych kompasów cyfrowych opiera się na innym zjawisku, zwanym efektem Halla, który działa poprzez przepływ prądu przez przewodnik i pomiar zmian napięcia spowodowanych przez pole magnetyczne Ziemi.
Natomiast siła Lorentza ma miejsce, gdy pole magnetyczne wytwarza siłę na materiale przewodzącym, gdy przepływa przez niego prąd. Urządzenie może określić pole magnetyczne, mierząc przemieszczenie obiektu, na który działa ta siła.
W chipach Baolab mikroelektromechaniczny system (MEMS) w nanoskali jest wytrawiony z konwencjonalnego chipa krzemowego. To urządzenie nano-MEMS składa się z aluminiowej masy zawieszonej na sprężynach. Gdy urządzenie przewodzi prąd przez masę, wszelkie obecne pola magnetyczne wywierają siłę na masę i wpływają na jej rezonans. Para metalowych płytek otaczających masę wykryje te zmiany. Urządzenie może mierzyć pole magnetyczne w jednym kierunku, odnotowując drobne zmiany pojemności tych płytek. Wykorzystując zestaw trzech takich czujników, urządzenie może określić kierunek ziemskiego pola magnetycznego, a tym samym jego orientację.
Ten rodzaj technologii kointegracji MEMS-CMOS poprawi czułość i umożliwi zastosowanie mniejszych, a tym samym tańszych chipów czujników w porównaniu do konwencjonalnych, mówi Hiroshi Mizuta , profesor nanoelektroniki w NANO Group na Uniwersytecie Southampton.
Każdy z czujników nano-MEMS firmy Baolab ma mniej niż 90 mikronów długości. Drew twierdzi, że powinno być możliwe zintegrowanie wszystkich trzech typów czujników w jednym chipie o długości zaledwie trzech milimetrów.
Pod maską: Obraz cyfrowego kompasu stworzony przez firmę Baolab z mikroskopu elektronowego skaningowego.