精确可靠的汽车应用加速计

2．过阻尼响应

加速计响应特征来源于中板的瞬间移动。在操作原理中已经讲过，中板移动到弹簧恢复力与加速度力实现平衡的位置(Frestore=FacceI)。随着中板的移动，它从周围大气中获取阻力。这种移动通常解释为阻尼振荡。

阻尼振荡可采用其它的术语来解释。第一个术语是移动时板的加速度(不是来自外部的加速度)。第二个术语是当板移动进入大气中时的阻力效应，y是一个来自空气黏度、摩擦、板面积及其它功能的阻力因子。第三个术语是弹簧恢复力效应，是系统的自然频率。

阻尼振荡方程有三种解决方案(参见图2)。对于汽车应用，如果已获得要求的响应时间，那么阻力效应大于弹簧效应(y2>w02)的过阻尼响应比较理想。

它在没有振荡的情况下汇聚到平衡位置，看起来好像一个机械低通滤波器。过阻尼传感器机械地截断高频一体电感噪音组件，提高输出信号上的信噪比(S／N)。这样，就可以正确读取原始加速度信号。

汽车加速计的过阻尼机械响应可以通过扩大可移动板以获取更多空气阻力来实现，与前面所讨论的灵敏度增加方法一致。

3．超程停止和黏附预防

在板与固定板接触之前，必须停止电容式加速计中的可移动中板。还有一个固定结构可以停止中板，称为超程停止器(或停止器)。停止器的第一个作用是防止电容器短路。第二个作用是通过限定胡克定律成比例区域的较低侧内的弯曲范围，避免弹簧由于疲劳而降低强度。第三个作用是防止可移动板和固定板发生黏贴。黏贴通过接触面之间的吸引力进行。当接触面较宽时，可能会因为总吸引力太大而无法分离这些板，而当接触面积较小，吸引力会较弱，因此可以轻松将板分开。

然而在实际应用中，即使一个尺插件电感寸较小的停止器在可移动板停止后也会发生黏贴，这被称为使用中黏贴。它是一个比较严重的故障模式，会暂时或永久地使传感器丧失功能。因此，在汽车电感器电路图安全应用中必须防止使用中黏贴。产生黏贴的表达式如下：

即停止器接触面的吸引力大于弹簧的最大恢复力(见图3)。

要防止使用中黏贴，必须通过增加弹簧恢复力或减少停止器平面吸引力，实现上述方程式的相反情况。然而，在高度灵敏的汽车传感器中，不应该过多增加贴片电感器弹簧常数，因为弹簧常数是决定加速计灵敏度的一个重要因子。但是，即使弹簧较硬，通过增加中板质量，仍然可以提高灵敏度。在传感器结构设计中，必须调整中板质量和弹簧常数。

另一方面，通过粗化停止器平面可以减少吸引力，因为这减少了中板接触停止器的有效接触面积，所以，停止器的总吸引力减少了(见图4)。此外，在传感器结构的疏水涂层也可以减少平面上的引力成分。

4. HARMEMS技术

飞思卡尔HARMEMS(高纵宽比MEMS)技术是用来制造高度灵敏、高度可靠的汽车加速计的MEMS工艺技术。HARMEMS让检测加速度的横向传感器与芯片表面平行，厚度为25um的单晶硅是SOI晶圆(绝缘硅晶片)的基材。25um厚度材料允许用较重可移动元件实现低加速度传感器的高灵绕行电感活度。同样，由于25um厚度板在移动时经历相当大的空气阻力，因此实现了过阻尼机械响应。
为了预防使用中黏贴，较重的可移动元件可以有一个硬弹簧，制造强大恢复力的同时，降低停止器的吸引力。HARMEMS粗化扇贝形侧壁表面结构由深层RIE(反应离子刻蚀)工艺创建。粗化表面减少了停止器的有效接触面积，因此减少了吸引力，降低了黏贴发生率。HARMEMS加速计向汽车安全驾驶支持系统展示了精确、可靠的技术。

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