MEMS技術(shù)+器件向極端應用市場快速發(fā)展

微機電技術(shù)的商用可以說是從汽車的安全氣囊和定位陀螺儀起家，如今正快速向消費類電子設備、工業(yè)、醫(yī)學、航空航海、農(nóng)業(yè)等各行各業(yè)滲透，而隨著ADI這類廠商不斷推出革命性的創(chuàng)新產(chǎn)品，MEMS器件開始蠶食以往昂貴的傳統(tǒng)技術(shù)部件所占據(jù)或者以往尚處于概念階段的極端應用領(lǐng)域運動檢測市場。

極端應用領(lǐng)域是什么概念？簡單來概括，就是應用環(huán)境較惡劣，對可靠性、精度等性能指標要求較高的各類應用，如復雜的平臺穩(wěn)定控制，制導、導航、追蹤，無人駕駛車輛，應急響應導航，機器人，精密醫(yī)療儀器等等。針對這些應用的運動檢測，那些用于所謂酷炫智能手機或游戲機的消費級運動傳感器是遠遠不夠資格的，往往需要達到戰(zhàn)術(shù)級（零偏穩(wěn)定度低于10o/小時）的傳感部件。

“火災現(xiàn)場消防人員的追蹤、微創(chuàng)手術(shù)刀的人體內(nèi)精密導航、隧道內(nèi)車輛精確導航、大型機床的探傷和修復……，高性能的戰(zhàn)術(shù)級MEMS創(chuàng)造了巨大的想象空間，將對未來的科學技術(shù)、人類社會的生產(chǎn)生活產(chǎn)生深遠的影響。”ADI公司MEMS產(chǎn)品線高級應用工程師趙延輝在最近的一場MEMS IMU新產(chǎn)品發(fā)布會上表示。

圖1：MEMS在性能和集成度上不斷進步，快速進入更廣泛的應用中，包括各種極端應用。

這場新產(chǎn)品發(fā)布會的“主角”就是ADI公司最新推出的第三代iSensor MEMS IMU（慣性測量單元）——ADIS16488戰(zhàn)術(shù)級10自由度(DoF)傳感器，以及ADIS16136戰(zhàn)術(shù)級iSensor 精密單軸數(shù)字MEMS陀螺儀，這些新產(chǎn)品系列可幫助實現(xiàn)上述對性能和可靠性具有更高要求的各種極端應用系統(tǒng)。

在將MEMS技術(shù)與優(yōu)勢的信號調(diào)理及信號轉(zhuǎn)換技術(shù)結(jié)合方面，ADI公司集成加速度計在汽車安全氣囊的彈出控制領(lǐng)域長期占據(jù)優(yōu)勢地位，MEMS慣性傳感器的出貨量已超過2億支，在不久前又發(fā)布了業(yè)界第一顆采用MEMS技術(shù)，工作溫度可達175°C的雙軸加速度計ADXL206。目前ADI的高性能MEMS傳感器核心產(chǎn)品系列包括：iMEMS加速度計和陀螺儀、iSensor智能傳感器和慣性測量單元(IMU)、以及iMEMS模擬和數(shù)字輸出麥克風IC。

iSensor系列產(chǎn)品可以簡單理解為一種模塊產(chǎn)品，在單個封裝中集成了iMEMS元件和其它信號調(diào)理/處理/補償/校準元器件和電路，這些元器件均已經(jīng)過獨特而全面的工廠校準，能夠在最惡劣的環(huán)境下提供無與倫比的精度，也可幫助客戶節(jié)省設計和校準的復雜度、時間和成本，開發(fā)風險大大降低，從而加速很多新應用的研究開發(fā)。

10自由度、1/10成本，高精度、抗惡劣環(huán)境

例如，最新一代iSensor IMU ADIS16488的特點是在單封裝中集成了一個三軸陀螺儀、一個三軸加速度計、一個三軸磁力計和一個壓力傳感器，是一款完整的慣性測量系統(tǒng)，比ADI前一代10自由度產(chǎn)品在精度和性能上有很大提升，體積更小、更薄。除了重要的戰(zhàn)術(shù)級（低于10o/小時）零偏穩(wěn)定度指標以外，在重力加速度效應、溫度系數(shù)和帶寬等一般更重要的特性方面，ADIS16488同樣超過所有其它同類陀螺儀/IMU產(chǎn)品，改善最多可達100倍。此外，在對線性加速度和振動加速度抑制方面，這款I(lǐng)MU甚至超過傳統(tǒng)軍用級IMU，可支持高性能導航和平臺穩(wěn)定控制應用的嚴格要求。

ADIS16488完全自主工作，包括所有嵌入式補償，通電后500 ms就能從SPI接口獲得有效數(shù)據(jù)。所有校準均在工廠完成，嵌入式濾波和其它診斷由ADI Blackfin 處理器控制的可配置接口進行調(diào)整，因而設計集成的大部分時間和風險得以消除。

另外，該模塊還有一個表現(xiàn)出色的特別參數(shù)：振動校正(0.0001 o /s/g2)，這個參數(shù)在客戶進行器件評估時往往不會考慮到，但系統(tǒng)實際應用測試時就會體現(xiàn)出來，是保持系統(tǒng)在振動環(huán)境下，依然保持理想輸出的一個決定性指標參數(shù)，也是無法校準的。

表1：ADIS16488代表了MEMS IMU在性能和魯棒性上的突破性提升。

“相比于一些傳統(tǒng)方式實現(xiàn)的高端IMU，ADIS16488在零偏穩(wěn)定度和角度隨機游走等關(guān)鍵指標的性能與之相當或更好，而對振動校正、線性度和帶寬等一些更重要的參數(shù)，ADIS16488能夠提供更優(yōu)越的性能，并且功耗僅為其1/4，成本僅為其1/10。”趙延輝指出。