Las aplicaciones para sistemas microelectromecánicos (MEMS) continúan creciendo, lo que permite trabajos que antes se creían imposibles. Este tutorial explora la aplicación de MEMS y la creciente necesidad de proporcionar controladores y control de precisión para estos dispositivos. También analiza las consideraciones de diseño y fabricación.
Conducir sistemas microelectromecánicos (MEMS) es muy parecido a conducir un automóvil. Depende de su aplicación. Los vehículos van desde motonetas hasta los camiones más grandes que se utilizan en las operaciones mineras (Figura 1). MEMS también sirve a una amplia variedad de mercados. Un MEMS es tan grande como un camión minero, pero se mueve en la dirección opuesta bajo un microscopio (Figura 2).
La variedad de aplicaciones MEMS es tan diversa como la imaginación humana. Van desde sensores inerciales y no inerciales, acelerómetros, actuadores, interruptores y relés hasta sensores de fluidos, gases y biológicos. Estos también incluyen guías de ondas de radiofrecuencia (RF), antenas, resonadores, osciladores, filtros, interruptores, micrófonos ópticos, rejillas y giroscopios1,2,3. estos dispositivos.
Para clasificar las aplicaciones MEMS, vamos a dividirlas por uso del sistema. Algunos se utilizan para sensores y mediciones. Estos MEMS generan las entradas al sistema (lado izquierdo de la Figura 3). En el otro extremo del sistema, los MEMS se pueden usar como dispositivos de salida para controlar, activar, mover y producir resultados (lado derecho de la Figura 3).
Es posible que se requiera compensación, ganancia y linealidad, así como calibración de interfaz analógica a digital. Los analógicos asistidos digitalmente, como los potenciómetros digitales (digipots) y los convertidores de digital a analógico (DAC), pueden ser útiles para acelerar las pruebas automatizadas. Si el ruido del sensor es un problema, se puede usar una referencia de voltaje de ruido muy bajo para alimentarlo.
En general, los MEMS se fabrican utilizando tecnología de fabricación de circuitos integrados modificados (fab). Al igual que con cualquier esfuerzo de ingeniería, existen compensaciones técnicas. Las decisiones se toman y están restringidas por las leyes de la física y los avances tecnológicos. Algunos aspectos del proceso de fabricación que hacen un dispositivo MEMS ideal no siempre son el proceso que hace un buen componente de circuito integrado. Los procesos Fab tuvieron que modificarse e inventarse para crear MEMS prácticos fabricables. Al igual que con muchas tecnologías emergentes, diferentes fabricantes tienen muchos procedimientos únicos. A medida que el campo se expande, se integrarán más y más circuitos de accionamiento externo en el mismo troquel que el MEMS. Los circuitos de control externos son útiles para optimizar y acelerar el desarrollo de prototipos de MEMS. Sin embargo, integrar todos los circuitos en MEMS no siempre es óptimo, práctico o asequible. Discutimos ideas para controladores MEMS que inspirarán a los diseñadores y les permitirán elegir la mejor combinación de arquitecturas para su aplicación.