在最近于美國加州舉行的年度微機(jī)電產(chǎn)業(yè)高峰會(MEMS Executive Congress 2015)上，來自英國的業(yè)者Cambridge CMOS Sensors展示了號稱全球第一款為智慧型手機(jī)量身打造的氣體感測器，該MEMS-CMOS晶片尺寸僅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感測器在智慧型手機(jī)領(lǐng)域擊敗蘋果(Apple)。

　　也宣布該公司已經(jīng)贏得來自中國業(yè)者K-Free Wireless的首個設(shè)計案;K-Free是白牌智慧型手機(jī)制造商，為電信營運(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)駐蘋果(Apple) iPhone，而我們也有英國的潛在客戶──在當(dāng)?shù)赜幸恍┟荛]空間存在危險氣體積聚的問題?！?/p>

　　K-Free手機(jī)設(shè)計案能勝過Apple之處，就在于采用Cambridge的全數(shù)位架構(gòu)MEMS-CMOS感測器CCS811;Brown表示，該元件能被配置為可感測揮發(fā)性有機(jī)化合物(volatile organic compounds，VOC)，例如廉價的加熱器產(chǎn)生之一氧化碳，廉價家具產(chǎn)生的甲醛(formaldehyde)，甚至還能作為警察取締酒駕的呼吸測試器。

　　K-Free為中國電信業(yè)者生產(chǎn)的貼牌手機(jī)，將配備Cambridge的MEMS-CMOS氣體感測器，鎖定對危害健康之空氣污染的檢測應(yīng)用針對其他應(yīng)用市場，全數(shù)位的CCS811感測器能被配置為采用不同的頂部金屬氧化物或過濾器，僅用以偵測二氧化碳、乙醇(ethanol)或其他有害氣體;此外該感測器也能用來量測戶外空氣品質(zhì)，包括北京、洛杉磯等城市的二氧化氮。

　　Brown表示：“它能告訴你何時該打開窗戶通風(fēng);研究顯示，盡管是非常少量的揮發(fā)性有機(jī)化合物，也會讓人在做決策時的效率出現(xiàn)61%的低落?！彼a(bǔ)充指出，MEMS-CMOS氣體感測器的最大優(yōu)勢，在于能跟著國際半導(dǎo)體技術(shù)藍(lán)圖(ITRS)的步伐不斷微縮。

　　氣體感測器的原理

　　該氣體感測器的最頂端是一層金屬氧化物(例如偵測揮發(fā)性有機(jī)化合物的錫氧化物)，其下方有金(gold)觸點，可量測金屬氧化物的電阻;在金導(dǎo)線之下的是一個微小的加熱板，會為整個元件加熱，因此改變頂層的電阻值──與(透過孔洞)接觸感測器的氣體成正比。

　　然后該數(shù)位感測器利用Silicon Labs的8051微控制器(與感測器在同一個封裝中)，來量測金電極之間的電阻，并即時緩沖其變化;當(dāng)它超過一個既定水準(zhǔn)，一個中斷警報就會被發(fā)送到智慧型手機(jī)的應(yīng)用處理器(或是應(yīng)用處理器會周期性輪詢8051控制器清空緩沖記憶體，并繪制例如空氣品質(zhì)的PPM記錄圖等，看應(yīng)用程式如何執(zhí)行)。

　　該種感測器的電池壽命可長達(dá)五年，僅需使用小型的鋰電池;結(jié)合感測器與微控制器的封裝元件尺寸為2.7mm×4.0mm×0.6mm，配備I2S介面、耗電低于1.2mW，閑置模式時的耗電量甚至低于6μW。

　　Cambridge先前曾推出類比版本的感測器，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啟動微型加熱板、量測金電極之間的電阻并分析結(jié)果;而新版的CCS811數(shù)位感測器，則可望讓氣體感測器進(jìn)軍數(shù)十億臺的大眾市場智慧型手機(jī)、可穿戴式裝置與物聯(lián)網(wǎng)(IoT)設(shè)備。

　　成立于2008年的Cambridge CMOS Sensors花了六年時間開發(fā)出類比版本的氣體感測器，但最新的數(shù)位版產(chǎn)品則只花了一年的時間;接下來他們將在同一個封裝中整合多個CCS811感測器晶片，以支援更多種類的氣體感測。