211service.com
En ny riktning för digitala kompasser
Mobiltelefoner och många andra mobila enheter är nu packade med sensorer som kan spåra dem när de rör sig. De digitala kompasserna, gyroskopen och accelerometrarna som är inbäddade i sådana enheter har skapat ett brett utbud av platsbaserade tjänster, såväl som nya sätt att styra mobila prylar – till exempel med en skakning eller en snärt. Nu kan ett nytt sätt att tillverka dessa sensorer göra sådan teknik mindre och billigare.
Framsteg kan också resultera i att rörelsesensorer dyker upp i många fler enheter och föremål, inklusive löparskor eller tennisracketar, säger Nigel Drew från Barcelona, Spanien-baserade Baolab Microsystems , som utvecklade den nya tekniken.
Baolab har gjort en ny sorts digital kompass med en enklare tillverkningsmetod. Tekniken kommer att dyka upp i GPS-enheter nästa år, säger Drew. Företaget har också gjort prototyper av accelerometrar och gyroskop och planerar att kombinera alla tre typerna av sensorer på samma chip.
Konventionella digitala kompasser tillverkas med hjälp av vad som kallas komplementär metall-oxid-halvledartillverkning, den vanligaste metoden för att tillverka mikrochips och elektroniska styrkretsar. Men sådana kompasser inkluderar strukturer som magnetfältskoncentratorer som måste läggas till efter att chippet är tillverkat, vilket ökar komplexiteten och kostnaden. Den grundläggande skillnaden är att [vår kompass är] gjord helt inom standard-CMOS, säger Drew.
Detta är möjligt eftersom kompassen utnyttjar ett fenomen som kallas Lorentz-kraften. De flesta kommersiella digitala kompasser är beroende av ett annat fenomen, kallat Hall-effekten, som fungerar genom att köra en ström genom en ledare och mäta förändringar i spänningen som orsakas av jordens magnetfält.
Lorentzkraften, däremot, händer när ett magnetfält genererar en kraft på ett ledande material när en ström flyter genom det. En anordning kan bestämma magnetfältet genom att mäta förskjutningen av ett föremål som denna kraft verkar på.
I Baolabs chips etsas ett mikroelektromekaniskt system (MEMS) i nanoskala ur ett konventionellt kiselchip. Denna nano-MEMS-enhet består av en aluminiummassa upphängd i fjädrar. När en enhet driver en ström genom massan kommer eventuella magnetiska fält att utöva en kraft på massan och påverka dess resonans. Ett par metallplattor som flankerar massan kommer att upptäcka dessa förändringar. En enhet kan de mäta magnetfältet i en riktning genom att notera små förändringar i kapacitansen hos dessa plattor. Med hjälp av en uppsättning av tre av dessa sensorer kan enheten bestämma riktningen för jordens magnetfält och därmed dess orientering.
Den här typen av MEMS-CMOS-samintegreringsteknik kommer att förbättra känsligheten och möjliggöra mindre, och därför billigare, sensorchips jämfört med de konventionella, säger Hiroshi Mizuta , professor i nanoelektronik vid Southampton Universitys NANO Group.
Var och en av Baolabs nano-MEMS-sensorer är mindre än 90 mikron långa. Drew säger att det borde vara möjligt att integrera alla tre typer av sensorer i ett enda chip bara tre millimeter långt.
Under huven: En bild av den digitala kompassen som skapats av Baolab i ett svepelektronmikroskop.