微型加速度计及其制作工艺

微型加速度计（Micro Accelerometer）是从20世纪70年代末开始发展起来的微型传感器，利用硅的压阻效应、压电效应和电容效应，测量诸如线性加速度和角速度之类的物理量。因其具有体积小、重量轻、分辨率高、灵敏度好、易于集成的特点，广泛应用于汽车自动制动系统（ABS）、悬架系统（0～2g）和气囊系统（可达50g）中，也可用于摄像机和个人数字助理系统（PDAs）中实现重力方向感应等。

微型加速度计主要由一个质量块和其周边的4个弹性梁支撑组成，每个弹性梁上都装有半导体应变计。外部加速度对质量块发生作用，通过测量振动块的位移（振幅）即可得到所测加速度。由于微型加速度计的尺寸微小，刚度大，固有频率很高，所以具有很高的灵敏度。微型加速度计与其他加速度传感器的基本原理大致相同，但有很多类型，如电容式、压阻式、隧道式、压电式、热传导式等，目前技术发展成熟且市场占有量较大的是电容式及压阻式加速度计。

（一）微型电容式加速度计

由于质量块的运动将引起电容传感器极板的有效面积和极板间隙的变化，从而使得电容值发生变化，微型电容式加速度计就是通过测量电容的变化量来求出加速度的。微型电容式加速度计的制作工艺有体硅式、表面硅式和UGA式加工。其中加工制造相对容易的梳状电容传感器结构，可使电容灵敏度大大提高，温度漂移减小，频响范围达到0～1kHz，可检测三个正交方向上的加速度，精度为0.1%～1%，但易受电磁干扰，由于寄生电容的存在，使得降噪困难。美国模拟器件公司的ADXL05和ADXL50系列单片集成差动电容式加速度计在行业领域中处于领先位置。

（二）微型压阻式加速度计(www.xing528.com)

微型压阻式加速度计利用安装在加速度计基本结构中弹性梁上的压敏电阻来测量质量块的位移，敏感振动块由4根对称分布的梁（弹性元件）支撑，每根梁上都有两个压阻元件，并将它们构成电桥。当振动块承受加速度时，电桥输出电压与加速度成正比。微型压阻式加速度计可测量多个方向的旋转加速度，通过每根弹性梁上的两个应变计可测量出多个方向上的振动旋转加速度，其典型应用如Analog Devices公司的ADXL346。它是一款小而薄的超低功耗3轴加速度计，分辨率高（13位），测量范围达±16g。数字输出数据为16位二进制补码格式，可通过SPI（3线或4线）或I2C数字接口访问。ADXL346非常适合移动设备应用，可以在倾斜检测应用中测量静态重力加速度，还可以测量运动或冲击导致的动态加速度，高分辨率（4mg/LSB），能够分辨不到1.0°的倾斜度变化。

ADXL346能够提供多种特殊检测功能。活动和非活动检测功能通过比较任意轴上的加速度与用户设置的阈值来检测有无运动发生。敲击检测功能可以检测任意方向的单击和双击动作。自由落体检测功能可以检测器件是否正在掉落。方向检测功能可以同时进行4位置和6位置检测，并在方向变化时提供用户可选的中断功能，适用于2D或3D应用，在个人导航设备、手机、医疗仪器、游戏和定点设备、工业仪器仪表、硬盘驱动器（HDD）跌落保护中应用广泛。

目前市场上微型压阻式加速度计的可测范围为1g～500g和-1g～-500g，频响范围50Hz～10kHz，灵敏度0.1mV/g～15mV/g（g为重力加速度），可测温度范围为-40℃～125℃，阻尼系数可达0.7。多种加速度计内部还设有限位块，防止梁位移过大，因此承受过载能力很强（可达几十倍）。这就意味着微加速度传感器将会凭借它的通用性、可靠性、较大的频率范围和较低的价格等特点最终取代其他类型的加速度传感器。