MEMS產(chǎn)品與技術，讓創(chuàng)新超越一切可能

 有人說，下一波推動電子產(chǎn)業(yè)快速增長的機會是物聯(lián)網(wǎng)，而物聯(lián)網(wǎng)的市場發(fā)展將在很大程度上依賴于包括MEMS在內(nèi)的傳感器技術。在前不久閉幕的消費電子展CES2016上，眾多創(chuàng)新產(chǎn)品也印證了這樣的觀點。

在近日由EEVIA主辦的第五屆“趨勢 創(chuàng)新 共贏”年度中國ICT媒體論壇暨2016產(chǎn)業(yè)和技術展望研討會上，ADI亞太區(qū)微機電產(chǎn)品市場和應用經(jīng)理趙延輝(Neil)的MEMS主題演講中，也分享了類似的觀點——曾經(jīng)主要針對汽車應用的MEMS技術，在以可穿戴為代表的物聯(lián)網(wǎng)應用中成為其市場增長的關鍵。“MEMS正在讓創(chuàng)新超越一切可能。”Neil表示。

“MEMS powered”創(chuàng)新無處不在

MEMS傳感器經(jīng)歷了從汽車延伸到手機的快速成長，現(xiàn)在正在拓展智能穿戴，再到IoT和工業(yè)4.0，成長空間巨大。而其中，中國手機和智能穿戴等消費電子廠家采用的MEMS傳感器越來越多。“有數(shù)據(jù)表明，他們所占全球MEMS的市場份額，已經(jīng)從2011年的9%提升到2015年的30%。”Neil指出。

健康監(jiān)測、運動監(jiān)測、貴重物品跟蹤……各種應用場景在生活中無處不在

“曾經(jīng)有一個火災報道，兩個消防員進入火場之后因為找不到回來的路而犧牲了。如果有一個集成MEMS慣性傳感器的電子設備可以在室內(nèi)實現(xiàn)自動導航，自動記錄你的運動軌跡從而指導你按照這個軌跡安全返回，就不會有這樣的悲劇發(fā)生。”Neil以一個真實的消防悲劇故事開啟了MEMS創(chuàng)新應用的分享。事實上，MEMS在導航中的應用已經(jīng)遠不是什么黑科技，包括陀螺儀、加速度傳感器等ADI公司的MEMS慣性傳感器在機器人導航、安全跟蹤等類似應用中獲得采訪，但相關的創(chuàng)新應用機會依然很多有待開發(fā)。

MEMS對于生活中可能接觸到的應用而言，近年來大家耳熟能詳?shù)膽撌窃诒O(jiān)控監(jiān)測方面的應用，特別是手環(huán)和智能手表等可穿戴產(chǎn)品。“實際上可穿戴產(chǎn)品市場還有大量不一樣的監(jiān)測應用，這些創(chuàng)新應用正在層出不窮涌現(xiàn)。”Neil指出，并羅列了多個應用案例：用于執(zhí)行任務過程的爆炸沖擊檢測的士兵安全頭盔;在跆拳道和拳擊運動員以及冰球等類似身體對抗很激烈的一些比賽以及訓練中可以通過在衣服等裝備中采用MEMS傳感器，實現(xiàn)對抗中各種力度和方位數(shù)據(jù)監(jiān)測，達到智能訓練的目的;實現(xiàn)箭速、飛行動力學和弓性能等信息分析的高精度箭術運動……

“同樣對于可穿戴，我們還可以更廣泛地應用到奶牛、寵物以及貴重物品的監(jiān)測上，這些是我們平常大家接觸不是特別多的，但是所有這些點都會是MEMS潛在的增長點。”Neil表示，“萬物互聯(lián)的潛在市場遠大于我們今天所說的手機或者我們大家現(xiàn)在所了解的可穿戴，有可能家里面所有的家電、所有的門窗都要放一個MEMS傳感器。比如說我一推門進來，家里面的媒體產(chǎn)品打開，晚上起來還可以自動把夜燈打開，這個市場需求非常大。”

低功耗、小尺寸、高精度，讓創(chuàng)新應用成為可能

近年來，ADI公司的MEMS產(chǎn)品獲得包括Withings、中國小米、卡西歐等眾多全球領先用戶的采納。“為什么ADI在這些產(chǎn)品里面贏得了市場份額，或者說在我們的售價相對比較高的時候選擇ADI的MEMS傳感器?總結主要有三點：第一是功耗;第二是精度;第三是尺寸，正是這三點優(yōu)勢幫我們贏得了市場。”Neil指出。

可穿戴產(chǎn)品用戶通常最大的痛點便是需要頻繁充電，這也是小米定義其手環(huán)之初就準備解決的痛點。它的產(chǎn)品在測試的時候，就是說如果不考慮振子頻繁振動的情況下，持續(xù)使用時間可以達到三個月，所以保守的說可以達到用戶一個月不用充電，工作功耗低至1.8uA 的ADXL362輕松幫助小米實現(xiàn)了其超低功耗的設計，而這款產(chǎn)品在2015年實現(xiàn)了約1200萬的出貨量，一舉使小米成為全球第二大手環(huán)制造商。“像有客戶給每一個奶牛的脖子上都戴一個MEMS傳感器進行奶牛監(jiān)測，有客戶通過了薄膜切斷型燃氣表來實現(xiàn)五級以上的地震自動切斷以防止二次災害的發(fā)生……這頭奶牛直到死掉，或者燃氣表下一次更新?lián)Q代之前都不需要換電池，否則人力成本和時間成本太高了。”Neil指出。

小米官方微博——為什么小米手環(huán)使用ADI公司的ADXL362加速度計?

“經(jīng)常有人戴智能手環(huán)坐飛機國際旅行，在飛機上不可能有很大的運動量，但你一下飛機手環(huán)就顯示你走了數(shù)千步。這個與實際情況出入很大的計步結果是如何出來的?這就是由于傳感器精度問題造成的。”對于MEMS傳感器的精度問題，Neil給出了一個常見的計步嚴重偏差的例子，“這是加速度計的采樣頻率不夠，導致將飛機高頻振動計算成規(guī)律的低頻運動，也可能是傳感器對高頻濾波處理不當，導致傳感器不能實現(xiàn)對高頻信號干擾濾除”。

第三個重要的性能指標是尺寸。“這個很容易理解了，比如說頭盔上佩戴的和裝在護欄上的，這也是國內(nèi)的一個項目，裝在護欄上，如果車輛碰撞了都知道哪一塊出現(xiàn)碰撞，這都需要尺寸非常小，所以對尺寸上也是有很高的要求。”Neil指出。事實上，MEMS近年來在很多創(chuàng)新應用中，對產(chǎn)品尺寸都有非常苛刻的要求，例如珠寶等奢侈品的安全跟蹤、便攜導航功能需要的陀螺儀、磁力計MEMS，甚至我們的信用卡里面都有機會用到MEMS，這些都要求MEMS夠小、夠薄。

基于ADI MEMS陀螺儀和MEMS 加速度計的大疆無人機

ADI，讓MEMS超越一切可能

“作為最早進行MEMS研發(fā)的企業(yè)之一，ADI在相關技術研發(fā)上一直走在世界的前列，MEMS讓創(chuàng)新超越一切可能，我們一直在讓MEMS超越一切可能。”Neil指出。據(jù)悉，ADI公司在上世紀八十年代即開展了MEMS產(chǎn)品和技術的研發(fā)，2002年其MEMS產(chǎn)品出貨量已達到一億片!而三年前出貨量已經(jīng)超過10億片。其多款MEMS產(chǎn)品在性能和功能在業(yè)界保持領先地位。

ADI創(chuàng)新MEMS產(chǎn)品線發(fā)展roadmap

“前面介紹過的在小米手環(huán)上獲得應用的ADXL362，四年前推出時就是全球功耗最低的加速度計。而直到今天，它依然是該領域的最低功耗記錄保持者。”Neil指出。事實上，類似的紀錄保持者在ADI還不少，據(jù)Neil指出，該公司2011年發(fā)布的第一顆能夠支持到175度高溫的雙軸iMEMS加速度計ADXL206，直到今天ADI還是唯一一家能夠做到支持175度高溫傳感器的廠商。此外，ADXL375是同類最高帶寬和最低功耗的3軸、200g數(shù)字MEMS加速度計;戰(zhàn)術級10自由度傳感器ADIS16488在重力加速度效應、溫度系數(shù)和帶寬等重要特性方面超過所有其它同類陀螺儀/IMU產(chǎn)品(改善最多可達100倍)……