MEMS傳感器技術(shù)應用發(fā)展趨勢漫談

以智能手機，平板電腦為代表的移動(dòng)終端的迅速普及，推動(dòng)了如MEMS加速度計和陀螺儀等運動(dòng)傳感器市場(chǎng)的爆發(fā)式增長(cháng)。隨著(zhù)終端產(chǎn)品的功能越來(lái)越多，性能越來(lái)越強，新興的MEMS器件將進(jìn)一步推動(dòng)整體MEMS市場(chǎng)在今后幾年內的發(fā)展。作為MEMS加速度計和陀螺儀器件的領(lǐng)先廠(chǎng)商，來(lái)自ADI公司微機械產(chǎn)品線(xiàn)的高級應用工程師趙延輝受邀分享作為一名IC專(zhuān)家對現今MEMS傳感器領(lǐng)域的看法。

趙延輝 ADI微機械產(chǎn)品線(xiàn)高級應用工程師

1.請問(wèn)ADI如何看待2013年MEMS傳感器市場(chǎng)的整體需求趨勢?哪些新型MEMS器件會(huì )在2013年開(kāi)始起量?主要由哪些因素驅動(dòng)?

趙：2013年MEMS傳感器市場(chǎng)的需求依然十分旺盛，這既有傳統汽車(chē)和消費類(lèi)市場(chǎng)的需求，也有新興的工業(yè)、醫療、通信、測井、軍工類(lèi)的需求。隨著(zhù)人們對錄音、視頻通話(huà)等的質(zhì)量要求越來(lái)越高，高信噪比的MEMS麥克風(fēng)會(huì )用在越來(lái)越多的手機或平板電腦中。而室內導航應用會(huì )是促進(jìn)新型MEMS氣壓計在2013起量的一個(gè)驅動(dòng)因素。隨著(zhù)高溫MEMS器件通過(guò)越來(lái)越多的客戶(hù)驗證，在測井等極端工作領(lǐng)域，也會(huì )看到越來(lái)越多的MEMS產(chǎn)品。

2.分立MEMS器件市場(chǎng)競爭激烈，很多廠(chǎng)商開(kāi)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(chǎng)商出貨量增加明顯，您認為2013年組合傳感器市場(chǎng)占比有多大?組合傳感器大規模應用還需解決哪些問(wèn)題?

趙：MEMS組合傳感器會(huì )節省一定的PCB板空間，同時(shí)降低成本，但該類(lèi)器件的可靠性還需要長(cháng)時(shí)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(lái)也沒(méi)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(gè)發(fā)展趨勢，伴隨著(zhù)可靠性問(wèn)題的解決和長(cháng)時(shí)間的市場(chǎng)驗證，組合傳感器會(huì )在某些應用領(lǐng)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(chǎng)領(lǐng)先的關(guān)鍵因素有哪些?

趙：20多年來(lái)，ADI公司一直是MEMS創(chuàng )新產(chǎn)品的領(lǐng)導者，憑借全面的解決方案、貼合用戶(hù)需求的創(chuàng )新設計以及領(lǐng)先的工藝水準在激烈競爭環(huán)境下保持市場(chǎng)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(yù)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(jiǎn)化了運動(dòng)檢測在工業(yè)、醫療、消費電子、通信和汽車(chē)等眾多領(lǐng)域中的應用，深受全球的市場(chǎng)領(lǐng)先公司歡迎。

貼合用戶(hù)需求的創(chuàng )新設計

很多應用對MEMS產(chǎn)品的需求已不是簡(jiǎn)單的運動(dòng)檢測，而是要求其在各種極端環(huán)境下有穩定、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(guān)注這些客戶(hù)需求，并持續引領(lǐng)在這些方面的設計創(chuàng )新。

領(lǐng)先的制造和工藝水準

MEMS產(chǎn)品從開(kāi)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(huì )造成機械傳感器失效。對于現已發(fā)布的產(chǎn)品，ADI已通過(guò)改進(jìn)機械結構和制造流程，保證了產(chǎn)品的良品率，并在這個(gè)過(guò)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還在持續改進(jìn)制造和工藝，以滿(mǎn)足這些需求。

4.除了智能手機，MEMS傳感器市場(chǎng)整體上缺乏殺手級應用的拉動(dòng)，您認為下一個(gè)殺手級應用會(huì )是什么?預計何時(shí)到來(lái)?

趙：物聯(lián)網(wǎng)和家庭醫療會(huì )是即汽車(chē)和消費類(lèi)應用領(lǐng)域后，又一個(gè)殺手級的應用，其潛在的市場(chǎng)和增長(cháng)趨勢會(huì )像今天的智能機一樣。目前，該市場(chǎng)還缺乏統一的標準和客戶(hù)的認知度，預計還需要2年左右的時(shí)間，才會(huì )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(gè)封裝中集成了一個(gè)三軸陀螺儀、一個(gè)三軸加速度計、一個(gè)三軸磁力計、一個(gè)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(xiàn)性度居于行業(yè)領(lǐng)先水平，達0.01%。每個(gè)MEMS IMU都以獨特方式經(jīng)過(guò)工廠(chǎng)校準，大幅降低了開(kāi)發(fā)和集成所需要的時(shí)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)，可以持續融合傳感器輸入以提供高度精確的定位信息，同時(shí)與其他MEMS IMU相比，還能縮短設計時(shí)間、降低成本。在諸如軍事和商業(yè)飛機導航、無(wú)人車(chē)輛、移動(dòng)式平臺定位和工業(yè)機器人等要求實(shí)時(shí)定位但卻存在持續運動(dòng)并且具有復雜、動(dòng)態(tài)特點(diǎn)的系統中，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軸數字MEMS加速度計，在運動(dòng)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，數據速率為100 Hz時(shí)，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級功效的重要特性。ADXL362還內置增強型樣本活動(dòng)檢測功能，可準確區分不同種類(lèi)的運動(dòng)。此特性可避免誤檢，防止傳感器不必要地開(kāi)啟系統且縮短電池壽命。ADXL362可用作智能型、連續工作、運動(dòng)激活開(kāi)關(guān)的一部分。當配備喚醒狀態(tài)輸出引腳時(shí)，運動(dòng)傳感器可繞過(guò)處理器即時(shí)觸發(fā)啟動(dòng)系統功能的開(kāi)關(guān)，從而進(jìn)一步降低系統功耗。極低的功耗使ADXL362適合從醫療保健到基礎設施監控的各種極度注重電池壽命的應用，此類(lèi)應用中更換電池可能不切實(shí)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(mǎn)量程范圍內且無(wú)信號飽和情況下由沖擊和振動(dòng)引起的高沖擊事件的加速度。該測量范圍與可連續捕捉?jīng)_擊數據的模擬輸出相結合，使ADXL377成為接觸類(lèi)運動(dòng)的理想傳感器，可通過(guò)檢測沖擊力來(lái)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控沖擊水平的工業(yè)設備。ADI公司的新型三軸加速度計無(wú)需對準及放置正交傳感器，可大大簡(jiǎn)化設計。電路板空間比需要多個(gè)單軸加速度計的典型解決方案縮小了多達5倍。