意法半导TMOS热敏红外传感器:精准检测人员存在和移动

MEMS 2023-07-30 00:02

近期，意法半导发布了新型人体存在和移动检测芯片：STHS34PF80，它是一款带有微加工热敏晶体管（TMOS）的高集成度、超低功耗的红外（IR）传感器，可取代传统的被动红外（PIR）传感技术，提升安保监视系统、家庭自动化设备和物联网设备等场景的的监测性能。

传统的PIR传感器只有在被检测物体移动时才能产生可测量的响应信号。而STHS34PF80传感器内置热敏晶体管，因此能够检测到静止物体。此外，PIR传感器感知移动物体需要菲涅尔（Fresnel）透镜，而意法半导体的新探测器则采用了一个更简单的无透镜的结构。

意法半导体AMS MEMS子产品部总经理Simone Ferri表示：“如今的智能家居、智能建筑和物联网需要精确的人员存在检测功能，以提升照明、供暖、安保、安全监控等系统的控制能力，打造一个可持续发展的未来。我们的新型STHS34PF80是一款经济实惠的超低功耗传感器，不管被检测到的人员是否在建筑内移动，都能确保建筑自动化系统的运行始终如一，不受干扰。此外，这款新产品还创新地将CMOS芯片制造工艺、硅微加工技术和低压电路设计能力整合在一起。”

STHS34PF80嵌入了人员存在和移动检测智能算法，目标应用有警报安保系统、家庭自动化、智能照明、物联网设备、智能储物柜和智能可视对讲系统。无透镜四米检测距离和80°视场角可覆盖传感器前方大部分区域。工作电流为10µA，功耗低于传统PIR，以3.2mm x 4.2mm x 1.455mm贴装封装，结构紧凑，适用于自动化生产线高速组装。该传感器的抗直射光线干扰和电磁干扰（EMI）的能力很强。

意法半导体提供的传感器评估板STEVAL-MKI231KA可帮用户简化STHS34PF80的测试开发过程。开发人员只需把这块子板插接到X-NUCLEO-IKS01A3或STEVAL-MKI109V3主板上，就可以用意法半导体的Unico-GUI图形界面软件对这款红外传感器进行配置，开始一个简化的测量流程。在GitHub上可以找到STHS34PF80的驱动程序。此外，X-CUBE-MEMS1软件包中还有一个现成的软件库，用于补偿、检测人或物体存在。用户可以先快速运行简单的应用程序，用STHS34PF80测量，测试结果，然后开始创建一个新应用程序。

详细技术信息

STHS34PF80采用意法半导体成熟可靠的绝缘体上硅（SOI）CMOS技术，在同一芯片上高效集成热敏MOSFET（TMOS）晶体管以及数字读出电路。TMOS热敏器件对入射到晶体管栅极的红外辐射的加热效应很敏感。SOI的架构利用意法半导体成熟的MEMS（微机电系统）工艺简化了微机械加工过程，对TMOS晶体管进行热隔离，确保温度感测的准确度。

TMOS的电源电压低于使晶体管完全导通所需的阈值电压。在这种亚阈状态下，漏极-源极电流高度依赖温度，能够对极低的红外辐射做出反应，产生可以准确测量的电压信号。这个物理特性使传感器能够通过红外辐射检测人的存在，与人是在移动还是静止无关。

亚阈工作模式的另一个好处是晶体管的功耗很低，基于STHS34PF80的传感器的电池续航时间更长，因此需要的充电次数或电池数量更少。此外，标准CMOS制造技术能够确保晶圆成本效益和良率，同时利用亚微米晶体管可以降低传感器的尺寸。这与PIR传感器不同，PIR传感器的灵敏度可能取决于热电像素的大小。此外，片上集成的数字接口可以直接连接主机，无需外加模拟前端电路。

STHS34PF80现已量产，采用10引脚栅格阵列（LGA）封装。