СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА №6/2015

ЭЛЕМЕНТЫ И КОМПОНЕНТЫ 41 WWW.SOEL.RU СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ № 6 2015 пасности автомобилей. Его серийное производство началось в 1991 г. ADXL50 – интегральный одноосевой акселерометр с поверхностным датчи- ком ускорения (Surface-Micromachined, Monolithic Accelerometer), структура микросхемы которого приведена на рисунке 2, а внешний вид кристалла – на рисунке 3. Поверхностными назы- вают МЭМС, позволяющие детектиро- вать ускорение в плоскости, параллель- ной поверхности кристалла. Кристалл микросхемы размерами 3 × 3 мм занят, в основном, схемами формирования сигнала, окружающими миниатюр- ный датчик ускорения размерами 500 × 625 мкм (площадь менее 1,2 мм 2 ), расположенный в центре кристалла. Сам датчик представляет собой диффе- ренциальную конденсаторную систему с воздушным диэлектриком и обкладка- ми, вытравленными из плоской поли- кремниевой плёнки толщиной 2 мкм. Неподвижные обкладки выполнены в виде простых стержней, расположен- ных на высоте 1 мкм от поверхности кристалла. Подвижные обкладки связа- ны с подпружиненной инерциальной балкой (Beam), укреплённой на фик- сирующих анкерах. Упрощённая структура одной ячей- ки конденсаторной системы показа- на на рисунках 4а и 4б, функциональ- ная схема измерителя ускорения – на рисунке 5. Весь датчик состоит из 42 элементарных конденсаторных яче- ек, его подвижная инерциальная мас- са при изменении скорости перемеще- ния кристалла микросхемы смещает- ся относительно неподвижной части конденсаторной системы. Неподвиж- ные обкладки соединённых парал- лельно ячеек образуют дифферен- циальный переменный конденсатор, ёмкость которого зависит от положе- ния подвижных частей между непод- вижными обкладками. Пружинные рас- тяжки на концах подвижной системы удерживают её на весу и обеспечива- ют возврат инерциальной подвиж- ной массы в исходное положение при отсутствии ускорения (в неподвижном положении и при постоянной линей- ной скорости движения). Сила инерции при воздействии уско- рения определяется формулой F = ma, уравновешивающая сила упругости пру- жин подвижной системы – формулой F = kx, где m – масса, a – ускорение, k – жёсткость пружины, х – перемещение массы относительно исходного состо- яния. Таким образом, ускорение мож- Реклама © СТА-ПРЕСС