在最近于美國(guó)加州舉行的年度微機(jī)電產(chǎn)業(yè)高峰會(huì)(MEMS Executive Congress 2015)上，來(lái)自英國(guó)的業(yè)者Cambridge CMOS Sensors展示了號(hào)稱全球第一款為智能手機(jī)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(yīng)用──這也是第一次有新類型的MEMS傳感器在智能手機(jī)領(lǐng)域擊敗蘋(píng)果(Apple)，相信很多中國(guó)手機(jī)廠商看到這個(gè)消息會(huì)很興奮——差異化手機(jī)最好的機(jī)會(huì)來(lái)了。

 

Cambridge 也宣布該公司已經(jīng)贏得來(lái)自中國(guó)業(yè)者K-Free Wireless的首個(gè)設(shè)計(jì)案；K-Free是白牌智能手機(jī)制造商，為電信營(yíng)運(yùn)商生產(chǎn)貼牌手機(jī)。Cambridge的產(chǎn)品總監(jiān)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(guó)的潛在客戶──在當(dāng)?shù)赜幸恍┟荛]空間存在危險(xiǎn)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(jī)設(shè)計(jì)案能勝過(guò)Apple之處，就在于采用Cambridge的全數(shù)字架構(gòu)MEMS-CMOS傳感器CCS811；Brown表示，該組件能被配置為可感測(cè)揮發(fā)性有機(jī)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(cè)試器。

K-Free為中國(guó)電信業(yè)者生產(chǎn)的貼牌手機(jī)，將配備Cambridge的MEMS-CMOS氣體傳感器，鎖定對(duì)危害健康之空氣污染的檢測(cè)應(yīng)用

 

針對(duì)其他應(yīng)用市場(chǎng)，全數(shù)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(cè)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(cè)戶外空氣質(zhì)量，包括北京、洛杉磯等城市的二氧化氮。

 

Brown表示：“它能告訴妳何時(shí)該打開(kāi)窗戶通風(fēng)；研究顯示，盡管是非常少量的揮發(fā)性有機(jī)化合物，也會(huì)讓人在做決策時(shí)的效率出現(xiàn)61%的低落。”他補(bǔ)充指出，MEMS-CMOS氣體傳感器的最大優(yōu)勢(shì)，在于能跟著國(guó)際半導(dǎo)體技術(shù)藍(lán)圖(ITRS)的步伐不斷微縮。

 

 

該氣體傳感器的最頂端是一層金屬氧化物(例如偵測(cè)揮發(fā)性有機(jī)化合物的錫氧化物)，其下方有金(gold)觸點(diǎn)，可量測(cè)金屬氧化物的電阻；在金導(dǎo)線之下的是一個(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(jié)構(gòu)

 

然后該數(shù)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(cè)金電極之間的電阻，并實(shí)時(shí)緩沖其變化；當(dāng)它超過(guò)一個(gè)既定水平，一個(gè)中斷警報(bào)就會(huì)被發(fā)送到智能手機(jī)的應(yīng)用處理器(或是應(yīng)用處理器會(huì)周期性輪詢8051控制器清空緩沖存儲(chǔ)器，并繪制例如空氣質(zhì)量的PPM記錄圖等，看應(yīng)用程序如何執(zhí)行)。

 

該種傳感器的電池壽命可長(zhǎng)達(dá)五年，僅需使用小型的鋰電池；結(jié)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客戶添加自己的微控制器，或是借用應(yīng)用處理器的寶貴資源來(lái)啟動(dòng)微型加熱板、量測(cè)金電極之間的電阻并分析結(jié)果；而新 版的CCS811數(shù)位傳感器，則可望讓氣體傳感器進(jìn)軍數(shù)十億臺(tái)的大眾市場(chǎng)智能手機(jī)、可穿戴設(shè)備與物聯(lián)網(wǎng)(IoT)設(shè)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(shù)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，以支持更多種類的氣體感測(cè)。