從樓層定位到水下探測：兆易創(chuàng )新MEMS氣壓傳感器的無(wú)限可能

在科技飛速發(fā)展的當下，傳感器作為獲取信息的關(guān)鍵部件，正以前所未有的速度改變著(zhù)人們的生活與產(chǎn)業(yè)格局。MEMS氣壓傳感器，更憑借高精度、低功耗和小尺寸優(yōu)勢，廣泛滲透于智能設備、工業(yè)制造等諸多領(lǐng)域，市場(chǎng)規模持續擴張。

在正在進(jìn)行的慕尼黑上海電子展中，兆易創(chuàng )新（N5館701展位）展示了基于GDY1122防水型高精度氣壓傳感器方案，該方案具備10ATM防水等級，性能卓越，適用于嚴苛環(huán)境下的精準壓力測量。兆易創(chuàng )新憑借強大的研發(fā)實(shí)力，構建了豐富且差異化的MEMS氣壓傳感器產(chǎn)品組合，全面覆蓋不同市場(chǎng)需求。公司持續推動(dòng)技術(shù)創(chuàng )新，打造了完善的Sensor技術(shù)平臺矩陣，并通過(guò)實(shí)施“3高1低1優(yōu)”戰略，不斷突破技術(shù)瓶頸，推動(dòng)行業(yè)發(fā)展潮流。

氣壓感知新勢力

MEMS氣壓傳感器以其高精度、低功耗和小尺寸的顯著(zhù)優(yōu)勢，深度融入現代生活的各個(gè)場(chǎng)景。在室內環(huán)境中，MEMS氣壓傳感器便成為樓層定位的隱形標尺，能夠捕捉到極其細微的大氣壓差，在摩天大樓中實(shí)現米級的高度識別。在三維定位領(lǐng)域，MEMS氣壓傳感器與GPS、陀螺儀組成傳感器矩陣，有效填補了傳統定位技術(shù)的垂直盲區。在運動(dòng)健康監測方面，MEMS氣壓傳感器也展現出了獨特的應用價(jià)值。登山者攀登時(shí)，手腕上佩戴的智能設備可利用其功能，悄然化身氣壓監測儀，提前預判高原反應風(fēng)險；游泳愛(ài)好者佩戴的智能手環(huán)，也能借助該傳感器構建水下安全警報系統。

日本和美國等國家規定，手機需具備定位人的高度的功能，以應對緊急情況下救援，因此MEMS氣壓傳感器成為手機的標配產(chǎn)品。而且，這一配置正逐漸下沉到更多產(chǎn)品中，甚至包括一些兒童手表中。

在MEMS氣壓傳感器領(lǐng)域，兆易創(chuàng )新公司已經(jīng)擁有一套清晰且具有前瞻性的產(chǎn)品組合。普通型氣壓計GDY1121，作為面向手機市場(chǎng)的主力產(chǎn)品，已順利通過(guò)E911測試。在防水型氣壓計產(chǎn)品方面，兆易創(chuàng )新的產(chǎn)品圖譜上也有多款差異化產(chǎn)品。其中，GDY1122已成功在國際知名廠(chǎng)商的產(chǎn)品中實(shí)現量產(chǎn)，展現出優(yōu)異的市場(chǎng)競爭力，該產(chǎn)品具備水下100米深度防水能力。GDY1124則針對中低端穿戴設備市場(chǎng)，支持水下50米防水。兩款芯片在核心性能上保持一致，GDY1124的推出，旨在為那些對成本更為敏感、且防水需求較低的客戶(hù)，提供更具性?xún)r(jià)比的解決方案。這些產(chǎn)品方案，無(wú)論是在高端市場(chǎng)追求極致性能，還是在中低端市場(chǎng)注重成本效益，都能充分滿(mǎn)足不同客戶(hù)、不同應用場(chǎng)景的多樣化需求。

從節能先鋒到防水強者

兆易創(chuàng )新已經(jīng)量產(chǎn)的兩款產(chǎn)品，充分展示了其在MEMS領(lǐng)域的創(chuàng )新能力。其中，GDY1121以卓越的能效表現脫穎而出，其1Hz采樣率下功耗僅3.5μA，工作模式典型電流更低至154μA，均低于業(yè)內平均水平，可稱(chēng)微型傳感器的節能標桿。該產(chǎn)品搭載精準壓力捕捉技術(shù)，絕對精度達±0.5hPa，相對精度±0.06hPa，RMS噪聲低至0.1Pa，結合24bit高精度ADC，可實(shí)現亞帕斯卡級數據解析能力，滿(mǎn)足嚴苛環(huán)境下的測量需求。

其智能數據管理架構內置576字節大容量FIFO，支持靈活中斷功能，并直接輸出校準后壓力值，省去外部MCU算法處理環(huán)節，顯著(zhù)降低系統復雜度與開(kāi)發(fā)周期，打造即插即用的傳感解決方案。此外，GDY1121集成高靈敏度溫度傳感器，已成功應用于三防手機等高可靠性場(chǎng)景，通過(guò)48小時(shí)穩定性測試（偏差＜5.6Pa），驗證其全天候穩定性能。

作為GDY1121的加強型，GDY1122支持10ATM防水等級，遠領(lǐng)先于同類(lèi)產(chǎn)品。其封裝尺寸為2.7x2.7x1.7mm，絕對壓力精度±0.5hPa，相對精度±0.06hPa，ADC精度達24bit。防水等級高達10ATM，能適應嚴苛環(huán)境。

 GDY1122的另一卓越之處就在于出色的防水封裝工藝。其采用陶瓷封裝增加溫度穩定性與抗應力能力。在關(guān)鍵的防水膠方面，傳統產(chǎn)品在外層多采用透明膠，如果直接被陽(yáng)光照射，將會(huì )引起精度的偏差，GDY1122則進(jìn)行了技術(shù)革新，可在陽(yáng)光直射下也保持數據的穩定。

推力測試是模擬傳感器在安裝或使用中受到的機械推力（如按壓、擠壓），驗證微機械結構的抗形變能力的一個(gè)經(jīng)典測試，可模擬可穿戴設備中的氣壓計需承受的日常壓力等場(chǎng)景。GDY1122的該項測試成績(jì)?yōu)轱@示封裝強度超3500g規格（實(shí)測達4000~5000g），可以滿(mǎn)足嚴苛環(huán)境需求。

MEMS傳感器所面臨的技術(shù)瓶頸主要集中在器件對應力和溫度的高敏感性等方面。由于產(chǎn)品在實(shí)際應用中會(huì )受到自身所測壓力、環(huán)境溫度以及外界壓力的共同作用，這使得最終測量數據的絕對精度受到較大干擾。為確保產(chǎn)品性能，在研發(fā)過(guò)程中，兆易創(chuàng )新針對產(chǎn)品的外形封裝開(kāi)展了嚴謹細致的驗證工作，將外界因素對產(chǎn)品的影響降至了最低水平。

展望今年，兆易創(chuàng )新還將重點(diǎn)推出一款高階氣壓傳感器產(chǎn)品，不僅具備精確的氣壓測量功能，還集成了先進(jìn)的水深測量能力。該產(chǎn)品的氣壓測量范圍覆蓋300至1250hPa，相當于標準大氣壓范圍；水壓測量則可達300至4000hPa，支持水下30米深度的精準檢測。這一產(chǎn)品將主要應用于高端市場(chǎng)，為追求極致性能的客戶(hù)提供理想的解決方案。

打造Sensor技術(shù)平臺矩陣

兆易創(chuàng )新在傳感器領(lǐng)域的目標是深耕傳感器、信號鏈、算法及解決方案，做全生態(tài)的重要貢獻者。圍繞這一目標，兆易創(chuàng )新在Sensor業(yè)務(wù)領(lǐng)域構建了4個(gè)技術(shù)平臺：分別為電容技術(shù)平臺、光譜技術(shù)平臺、MEMS技術(shù)平臺、算法和解決方案，各平臺相輔相成，能為不同行業(yè)提供多樣化、高性能的傳感器產(chǎn)品及解決方案。

l  電容技術(shù)平臺：以自容、互容檢測技術(shù)為核心，利用高精度ADC和高信噪比AFE、信號鏈，實(shí)現對電容變化的精確測量和信號處理。在手機、PC、平板指紋識別以及大中小各尺寸觸控方案中發(fā)揮關(guān)鍵作用，通過(guò)檢測電容變化來(lái)識別指紋特征或感知觸控操作。

l  光譜技術(shù)平臺：聚焦光電相關(guān)技術(shù)，涵蓋高性能光電pixel設計，能精準感知光信號；光學(xué)鏡頭和微鏡頭設計，可優(yōu)化光的傳輸與聚焦；光譜color filter設計，實(shí)現對不同光譜的篩選與處理。結合高精度ADC和高信噪比AFE、信號鏈，能將光信號高效轉換為精準的電信號并進(jìn)行處理，可用于光電類(lèi)生理指標檢測等場(chǎng)景。

l  MEMS技術(shù)平臺：基于MEMS技術(shù)進(jìn)行傳感器開(kāi)發(fā)，并借助先進(jìn)工藝平臺和高精度ADC、高信噪比AFE、信號鏈，保障傳感器的高精度和穩定性。產(chǎn)品廣泛應用于樓層高度檢測、輔助定位、手機高度位置導航、智能手表/手環(huán)運動(dòng)檢測等領(lǐng)域。

l  算法和解決方案平臺：針對不同傳感器和應用場(chǎng)景開(kāi)發(fā)高性能算法，如高性能、小面積指紋算法和心率算法等嵌入式指紋算法。還為各行業(yè)提供定制化的應用解決方案，將傳感器數據與實(shí)際應用需求相結合，提升產(chǎn)品的實(shí)用性和功能性，滿(mǎn)足多領(lǐng)域的應用需求。

通過(guò)“3高1低1優(yōu)”戰略（“3高”指高集成、高精度、高靈敏度；“1低”指低功耗；“1優(yōu)”指開(kāi)發(fā)優(yōu)秀性能的算法和行業(yè)應用解決方案），兆易創(chuàng )新正在引領(lǐng)MEMS傳感器技術(shù)創(chuàng )新，即采用微型化集成設計融合多維感知與數據處理，依托精密工藝與智能算法實(shí)現復雜環(huán)境下的穩定測量和高靈敏度；創(chuàng )新低功耗架構顯著(zhù)降低能耗，支撐移動(dòng)終端長(cháng)效監測；構建全鏈技術(shù)生態(tài)，通過(guò)預置算法、標準化校準與場(chǎng)景化方案加速產(chǎn)品落地。

(本文登于《EEPW》202505)