MEMS傳感器技術應用發(fā)展趨勢漫談

2013-08-22 10:20 來源:電源網(wǎng) 作者:洛小辰

以智能手機,平板電腦為代表的移動終端的迅速普及,推動了如MEMS加速度計和陀螺儀等運動傳感器市場的爆發(fā)式增長。隨著終端產(chǎn)品的功能越來越多,性能越來越強,新興的MEMS器件將進一步推動整體MEMS市場在今后幾年內(nèi)的發(fā)展。作為MEMS加速度計和陀螺儀器件的領先廠商,來自ADI公司微機械產(chǎn)品線的高級應用工程師趙延輝受邀分享作為一名IC專家對現(xiàn)今MEMS傳感器領域的看法。

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趙延輝 ADI微機械產(chǎn)品線高級應用工程師

1.請問ADI如何看待2013年MEMS傳感器市場的整體需求趨勢?哪些新型MEMS器件會在2013年開始起量?主要由哪些因素驅(qū)動?

趙:2013年MEMS傳感器市場的需求依然十分旺盛,這既有傳統(tǒng)汽車和消費類市場的需求,也有新興的工業(yè)、醫(yī)療、通信、測井、軍工類的需求。隨著人們對錄音、視頻通話等的質(zhì)量要求越來越高,高信噪比的MEMS麥克風會用在越來越多的手機或平板電腦中。而室內(nèi)導航應用會是促進新型MEMS氣壓計在 2013起量的一個驅(qū)動因素。隨著高溫MEMS器件通過越來越多的客戶驗證,在測井等極端工作領域,也會看到越來越多的MEMS產(chǎn)品。

2.分立MEMS器件市場競爭激烈,很多廠商開始研發(fā)高附加值的MEMS組合傳感器,2012年擁有組合傳感器方案的廠商出貨量增加明顯,您認為2013年組合傳感器市場占比有多大?組合傳感器大規(guī)模應用還需解決哪些問題?

趙:MEMS組合傳感器會節(jié)省一定的PCB板空間,同時降低成本,但該類器件的可靠性還需要長時間的驗證,尤其是在產(chǎn)品跌落測試中。而且組合傳感器應用起來也沒有分離的方案靈活,所以預計在2013年初,分離傳感器解決方案還應該占主導地位。當然,組合傳感器是一個發(fā)展趨勢,伴隨著可靠性問題的解決和長時間的市場驗證,組合傳感器會在某些應用領域完全替代分離的解決方案。

3.對于MEMS傳感器供應商而言,您認為在激烈競爭環(huán)境下保持市場領先的關鍵因素有哪些?

趙:20多年來,ADI公司一直是MEMS創(chuàng)新產(chǎn)品的領導者,憑借全面的解決方案、貼合用戶需求的創(chuàng)新設計以及領先的工藝水準在激烈競爭環(huán)境下保持市場領先

全面的慣性檢測解決方案

ADI提供全面的慣性檢測解決方案,包括備受贊譽的iMEMS加速度計和陀螺儀、iSensor? 智能傳感器以及慣性測量單元(IMU),大大簡化了運動檢測在工業(yè)、醫(yī)療、消費電子、通信和汽車等眾多領域中的應用,深受全球的市場領先公司歡迎。

貼合用戶需求的創(chuàng)新設計

很多應用對MEMS產(chǎn)品的需求已不是簡單的運動檢測,而是要求其在各種極端環(huán)境下有穩(wěn)定、可靠、高精度的輸出。這就對MEMS傳感器中的機械設計、電子設計、封裝設計等都提出了很高的要求。ADI一直關注這些客戶需求,并持續(xù)引領在這些方面的設計創(chuàng)新。

領先的制造和工藝水準

MEMS產(chǎn)品從開發(fā)設計到批量生產(chǎn),對制造和工藝提出了很高的要求,這包括光刻、外延、薄膜淀積、氧化、擴散、注入、濺射、蒸鍍、刻蝕、劃片和封裝等。最大的挑戰(zhàn)是如何保證量產(chǎn)中的良品率,雜質(zhì)粘滯、氧化物殘留、殘余應力等影響,都會造成機械傳感器失效。對于現(xiàn)已發(fā)布的產(chǎn)品,ADI已通過改進機械結(jié)構(gòu)和制造流程,保證了產(chǎn)品的良品率,并在這個過程中積累了大量的設計經(jīng)驗。對于體積更小,功耗更低、噪聲更小、封裝更小、溫漂更小,供電電壓更低的器件,ADI還在持續(xù)改進制造和工藝,以滿足這些需求。

4.除了智能手機,MEMS傳感器市場整體上缺乏殺手級應用的拉動,您認為下一個殺手級應用會是什么?預計何時到來?

趙:物聯(lián)網(wǎng)和家庭醫(yī)療會是即汽車和消費類應用領域后,又一個殺手級的應用,其潛在的市場和增長趨勢會像今天的智能機一樣。目前,該市場還缺乏統(tǒng)一的標準和客戶的認知度,預計還需要2年左右的時間,才會起量。

5.2013年ADI將主推的MEMS方案有哪些?優(yōu)勢為何?

趙:ADIS16480是 ADI推出的10自由度高精度MEMS IMU,其中采用一種嵌入式傳感器融合算法,可以為平臺穩(wěn)定、導航和儀器儀表應用提供高度精確的方向檢測能力。ADIS16480 10自由度 MEMS IMU是ADI iSensor? MEMS IMU產(chǎn)品組合中的最新成員,在單個封裝中集成了一個三軸陀螺儀、一個三軸加速度計、一個三軸磁力計、一個壓力傳感器和ADI的ADSP-BF512 Blackfin?處理器。憑借比競爭傳感器寬6倍的330 MHz帶寬,該器件有機地結(jié)合了ADI公司的高性能iMEMS? 技術和精密傳感器信號處理技術,可以支持高度對齊(0.05度)和相位匹配軸,其非線性度居于行業(yè)領先水平,達0.01%。每個MEMS IMU都以獨特方式經(jīng)過工廠校準,大幅降低了開發(fā)和集成所需要的時間及相關風險,而且大幅降低了對熱漂移的敏感度。ADIS16480采用一種擴展式卡爾曼濾波器(EKF),可以持續(xù)融合傳感器輸入以提供高度精確的定位信息,同時與其他MEMS IMU相比,還能縮短設計時間、降低成本。在諸如軍事和商業(yè)飛機導航、無人車輛、移動式平臺定位和工業(yè)機器人等要求實時定位但卻存在持續(xù)運動并且具有復雜、動態(tài)特點的系統(tǒng)中,這非常有用。

ADXL362是 ADI公司推出的業(yè)界功耗最低的MEMS加速度計。ADXL362是一款3軸數(shù)字MEMS加速度計,在運動檢測喚醒模式下功耗僅為300 nA,與最接近的競爭傳感器相比,相同模式下的功耗低60%。在全速測量模式下,數(shù)據(jù)速率為100 Hz時,ADXL362的功耗為2 μA,比相同頻率下工作的競爭MEMS加速度計低80%。除了固有的低功耗工作特性,ADXL362 MEMS加速度計還有其他能夠提高系統(tǒng)級功效的重要特性。ADXL362還內(nèi)置增強型樣本活動檢測功能,可準確區(qū)分不同種類的運動。此特性可避免誤檢,防止傳感器不必要地開啟系統(tǒng)且縮短電池壽命。ADXL362可用作智能型、連續(xù)工作、運動激活開關的一部分。當配備喚醒狀態(tài)輸出引腳時,運動傳感器可繞過處理器即時觸發(fā)啟動系統(tǒng)功能的開關,從而進一步降低系統(tǒng)功耗。極低的功耗使ADXL362適合從醫(yī)療保健到基礎設施監(jiān)控的各種極度注重電池壽命的應用,此類應用中更換電池可能不切實際或者對設備或操作人員有危險。

ADXL377是ADI推出的業(yè)界首款商用高量程三軸加速度計。ADXL377可測量±200 g滿量程范圍內(nèi)且無信號飽和情況下由沖擊和振動引起的高沖擊事件的加速度。該測量范圍與可連續(xù)捕捉?jīng)_擊數(shù)據(jù)的模擬輸出相結(jié)合,使ADXL377成為接觸類運動的理想傳感器,可通過檢測沖擊力來了解創(chuàng)傷性腦損傷(TBI)指標。ADXL377帶寬為1600 Hz,也非常適合用于密切監(jiān)控沖擊水平的工業(yè)設備。ADI公司的新型三軸加速度計無需對準及放置正交傳感器,可大大簡化設計。電路板空間比需要多個單軸加速度計的典型解決方案縮小了多達5倍。

傳感器 MEMS

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