这家英国公司号称在气体传感器领域击败了苹果

在最近于美国加州举行的年度微机电产业高峰会(MEMS Executive Congress 2015)上，来自英国的企业Cambridge CMOS Sensors展示了号称全球第一款为智能手机量身打造的气体传感器，该MEMS-CMOS芯片尺寸仅1mm2，而且成本低廉、可望大量普及应用──这也是第一次有新类型的MEMS传感器在智能手机领域击败苹果(Apple)。

 

Cambridge也宣布该公司已经赢得来自中国企业K-Free Wireless的首个设计方案；K-Free是白牌智能手机制造商，为电信营运商生产贴牌手机。Cambridge的产品总监Jess Brown表示，“我们也很希望能进驻苹果(Apple) iPhone，而我们也有英国的潜在客户──在当地有一些密闭空间存在危险气体积聚的问题。”

 

 

Cambridge的MEMS-CMOS气体传感器芯片尺寸仅1mm2

 

K-Free手机设计方案能胜过Apple之处，就在于采用Cambridge的全数字架构MEMS-CMOS传感器CCS811；Brown表示，该传感器可以感测挥发性有机化合物(volatile organic compounds，VOC)，例如廉价的加热器产生之一氧化碳，廉价家具产生的甲醛(formaldehyde)，甚至还能作为警察取缔酒驾的呼吸测试器。

 

 

K-Free为中国电信企业生产的贴牌手机，将配备Cambridge的MEMS-CMOS气体传感器，锁定对危害健康之空气污染的检测应用

 

针对其他应用市场，全数字的CCS811传感器能被配置为采用不同的顶部金属氧化物或过滤器，仅用以侦测二氧化碳、乙醇(ethanol)或其他有害气体；此外该传感器也能用来量测户外空气质量，包括北京、洛杉矶等城市的二氧化氮。

 

Brown表示：“它能告诉你何时该打开窗户通风；研究显示，尽管是非常少量的挥发性有机化合物，也会让人在做决策时的效率出现61%的低落。”他补充指出，MEMS-CMOS气体传感器的最大优势，在于能跟着国际半导体技术蓝图(ITRS)的步伐不断微缩。

 

该气体传感器已经到达怎样的水平？

 

该气体传感器的最顶端是一层金属氧化物(例如侦测挥发性有机化合物的锡氧化物)，其下方有金(gold)触点，可量测金属氧化物的电阻；在金导线之下的是一个微小的加热板，会为整个组件加热，因此改变顶层的电阻值──与(透过孔洞)接触传感器的气体成正比。

 

 

Cambridge的MEMS-CMOS气体传感器结构

 

然后该数字传感器利用Silicon Labs的8051微控制器(与传感器在同一个封装中)，来量测金电极之间的电阻，并实时缓冲其变化；当它超过一个既定水平，一个中断警报就会被发送到智能手机的应用处理器(或是应用处理器会周期性轮询8051控制器清空缓冲存储器，并绘制例如空气质量的PPM记录图等，看应用程序如何执行)。

 

该种传感器的电池寿命可长达五年，仅需使用小型的锂电池；结合传感器与微控制器的封装组件尺寸为2.7mm×4.0mm×0.6mm，配备I2S接口、耗电低于1.2mW，闲置模式时的耗电量甚至低于6μW。

 

Cambridge先前曾推出模拟版本的传感器，需要OEM客户添加自己的微控制器，或是借用应用处理器的宝贵资源来启动微型加热板、量测金电极之间的电阻并分析结果；而新版的CCS811数位传感器，则可望让气体传感器进军数十亿台的大众市场智能手机、可穿戴式设备与物联网(IoT)设备。

 

成立于2008年的Cambridge CMOS Sensors花了六年时间开发出模拟版本的气体传感器，但最新的数字版产品则只花了一年的时间；接下来他们将在同一个封装中整合多个CCS811传感器芯片，以支持更多种类的气体感测。