MEMS傳感器技術(shù)應(yīng)用發(fā)展趨勢漫談

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(lǐng)先廠商，來自ADI公司微機械產(chǎn)品線的高級應(yīng)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(lǐng)域的看法。

趙延輝 ADI微機械產(chǎn)品線高級應(yīng)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(fēng)會用在越來越多的手機或平板電腦中。而室內(nèi)導(dǎo)航應(yīng)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(lǐng)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(yīng)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(yīng)用起來也沒有分離的方案靈活，所以預(yù)計在2013年初，分離傳感器解決方案還應(yīng)該占主導(dǎo)地位。當(dāng)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(yīng)用領(lǐng)域完全替代分離的解決方案。

3.對于MEMS傳感器供應(yīng)商而言，您認為在激烈競爭環(huán)境下保持市場領(lǐng)先的關(guān)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(lǐng)導(dǎo)者，憑借全面的解決方案、貼合用戶需求的創(chuàng)新設(shè)計以及領(lǐng)先的工藝水準在激烈競爭環(huán)境下保持市場領(lǐng)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(lǐng)域中的應(yīng)用，深受全球的市場領(lǐng)先公司歡迎。

貼合用戶需求的創(chuàng)新設(shè)計

很多應(yīng)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(shè)計、電子設(shè)計、封裝設(shè)計等都提出了很高的要求。ADI一直關(guān)注這些客戶需求，并持續(xù)引領(lǐng)在這些方面的設(shè)計創(chuàng)新。

領(lǐng)先的制造和工藝水準

MEMS產(chǎn)品從開發(fā)設(shè)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(yīng)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(shè)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(yīng)用的拉動，您認為下一個殺手級應(yīng)用會是什么?預(yù)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(yīng)用領(lǐng)域后，又一個殺手級的應(yīng)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(yù)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(dǎo)航和儀器儀表應(yīng)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(shù)和精密傳感器信號處理技術(shù)，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(lǐng)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(guān)風(fēng)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(shè)計時間、降低成本。在諸如軍事和商業(yè)飛機導(dǎo)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(fù)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(guān)的一部分。當(dāng)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(guān)，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(chǔ)設(shè)施監(jiān)控的各種極度注重電池壽命的應(yīng)用，此類應(yīng)用中更換電池可能不切實際或者對設(shè)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(shè)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(shè)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。