MEMS傳感器在我們的生活中應(yīng)用已經(jīng)非常廣泛，大到汽車，小到手機(jī)、可穿戴手環(huán)，以及無(wú)人機(jī)監(jiān)測(cè)等都使用了大量的MEMS傳感器，因此業(yè)內(nèi)人士也非?？春肕EMS的發(fā)展前景。在近期ADI的媒體發(fā)布會(huì)上，ADI亞太區(qū)微機(jī)電產(chǎn)品市場(chǎng)與應(yīng)用經(jīng)理趙延輝分析了未來(lái)MEMS傳感器的發(fā)展趨勢(shì)，以及ADI在該領(lǐng)域的市場(chǎng)策略。

趙延輝分析，手機(jī)從功能機(jī)向智能機(jī)發(fā)展促進(jìn)了MEMS傳感器的爆發(fā)式增長(zhǎng)，MEMS也讓手機(jī)的使用體驗(yàn)煥然一新，包括游戲設(shè)備，也驚艷了一大波用戶，但是隨著更多競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手的加入，MEMS技術(shù)越來(lái)越平民化。如今ADI的MEMS產(chǎn)品研發(fā)重點(diǎn)在4個(gè)新領(lǐng)域：陀螺和慣性單元、超低噪聲、超低功耗和高溫領(lǐng)域。

 

ADI亞太區(qū)微機(jī)電產(chǎn)品市場(chǎng)與應(yīng)用經(jīng)理趙延輝

ADI從1987年開(kāi)始從事MEMS傳感器研究，已經(jīng)有30年的積累，現(xiàn)在關(guān)注的這四大領(lǐng)域目前幾乎無(wú)人涉足。第一類陀螺和慣性單元，模塊里集成了很多傳感器，如加速度計(jì)、陀螺儀、磁力計(jì)、氣壓計(jì)，ADI以單芯片解決方案的形式提供給用戶，適用于高溫高壓（-40℃-125℃）這種能上天入地的場(chǎng)景；第二類超低噪聲領(lǐng)域，隨著3C制造向自動(dòng)化演進(jìn)，如手機(jī)、可穿戴設(shè)備，對(duì)準(zhǔn)確感知度要求非常高，只有感知精確度越高才能保證產(chǎn)品的良率，未來(lái)超低噪聲傳感器在工業(yè)IoT等高精度市場(chǎng)會(huì)發(fā)揮重要作用；第三類是低功耗，隨著智慧城市、智能家居的發(fā)展，對(duì)應(yīng)的產(chǎn)品一般都是電池供電，體積越做越小，電池也越來(lái)越小，因此傳感器功耗也要越來(lái)越低；第四類是高溫領(lǐng)域，在極端環(huán)境下保證傳感器可以穩(wěn)定運(yùn)行。

MEMS傳感器分四檔布局，覆蓋多種應(yīng)用場(chǎng)景
ADI按照量程劃分推出了4類MEMS傳感器產(chǎn)品：

ADXL354/355低噪聲三軸加速度計(jì)：輸出滿量程范圍是±2g至±8g，具有1Hz至1KHz可選數(shù)字濾波以及20µg/?Hz的噪聲密度，功耗150uA。相對(duì)于上一代ADXL103/203,噪聲密度改善5倍；提供模擬和數(shù)字輸出兩種型號(hào)，數(shù)字接口支持SPI和I2C，直接可以訪問(wèn)傳感器，不需要信號(hào)調(diào)理，也不需要ADC。這個(gè)系列的最大特點(diǎn)就是預(yù)計(jì)10年內(nèi)的±3.5mg零點(diǎn)漂移重復(fù)性，適用于傾角測(cè)量，如檢測(cè)鐵軌平整度，橋梁及房屋傾斜度等。

ADXL356/357三軸加速度計(jì)：可選測(cè)量范圍：±10g、±20g和±40g；噪聲密度低至80µg/?Hz，在溫度范圍內(nèi)的0g失調(diào)漂移保證上限為0.75mg/C,只需極少量的校準(zhǔn)工作即可實(shí)現(xiàn)精密測(cè)量。為什么在小量程之后又推出了大量程測(cè)量？趙延輝解釋：“傾角測(cè)量分兩種：第一種是靜態(tài)傾角，如樓宇、橋梁這種，傾斜角比較??；第二種是大量程動(dòng)態(tài)傾角，如旋翼無(wú)人機(jī)、固定翼飛機(jī)等，飛行時(shí)振動(dòng)強(qiáng)烈，這就要求量程足夠大且振動(dòng)整流誤差要小。”除了適用于無(wú)人機(jī)以外， ADXL356/357還可以用于工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的振動(dòng)分析，如風(fēng)力發(fā)電機(jī)測(cè)風(fēng)力大小。

ADXL1001和ADXL1002 MEMS加速度計(jì)：在寬帶寬和大量程的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)了非常低的噪聲密度。滿量程范圍分別為±100g(ADXL1001)和±50g(ADXL1002)。ADXL1002的典型噪聲密度為25μg/√Hz，靈敏度為40mV/g；ADXL1001的典型噪聲密度為30μg/√Hz，靈敏度為20mV/g。

在機(jī)械檢測(cè)領(lǐng)域，MEMS傳感器一直被拒之門外，原因就是噪聲很高，而傳統(tǒng)壓電傳感器的噪聲很低，帶寬很寬，缺點(diǎn)是價(jià)格非常高，貴的上千美金，因此價(jià)格限制了它在工業(yè)市場(chǎng)的大規(guī)模應(yīng)用。另外，傳統(tǒng)壓電傳感器的測(cè)試方案需要擰到監(jiān)測(cè)節(jié)點(diǎn)上，然后去拉很長(zhǎng)的線甩到控制中心檢測(cè)機(jī)器的狀態(tài)。ADXL1001和ADXL1002的噪聲相對(duì)于前一代產(chǎn)品有了100倍的改善，因此可以用于工業(yè)機(jī)械健康監(jiān)測(cè)。企業(yè)采取這種檢測(cè)方式，一是可以保證機(jī)器運(yùn)行在平穩(wěn)狀態(tài)，從而提高生產(chǎn)效率，二是實(shí)現(xiàn)精細(xì)化控制，提高產(chǎn)品質(zhì)量。

ADXL372微功耗大量程加速度計(jì)：上一代產(chǎn)品ADXL362主要用于人體運(yùn)動(dòng)監(jiān)測(cè)，加速度較小，ADXL372的量程較大，可達(dá)到200g。另外，ADXL372搭載“即時(shí)開(kāi)啟”功能，可即刻喚醒以獲取完整波形，從而大大減少待機(jī)功耗。趙延輝舉了幾個(gè)比較典型的應(yīng)用場(chǎng)景，比如珍貴物品運(yùn)輸，如何判斷在途中發(fā)生碰撞損毀？在貴重物品上安裝一個(gè)這樣的傳感器就可以全程記錄運(yùn)輸中的碰撞情況，從而判斷損毀時(shí)間；參加比賽的運(yùn)動(dòng)員可以佩戴類似檢測(cè)設(shè)備，如果比賽中發(fā)生嚴(yán)重碰撞可以及時(shí)就醫(yī)，避免耽誤病情；海運(yùn)出口大件商品可以通過(guò)該產(chǎn)品進(jìn)行監(jiān)測(cè)，如果中途損毀可以及時(shí)補(bǔ)寄，避免耽誤交貨日期等。

MEMS傳感器有諸多優(yōu)勢(shì)，但是很多競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手還未強(qiáng)力涉足，因此筆者就用戶比較關(guān)系的問(wèn)題和趙延輝先生做了溝通：

在工業(yè)應(yīng)用中，傳感器融合是否適用？
隨著智能手機(jī)等電子產(chǎn)品集成的功能越來(lái)越多，不同功能的芯片集成到一起更能縮小體積，有利于產(chǎn)品設(shè)計(jì)，傳感器融合也比較常見(jiàn)，那么在工業(yè)領(lǐng)域是怎樣的進(jìn)程？趙延輝表示，在工業(yè)應(yīng)用領(lǐng)域中某些應(yīng)用比較單一，如山體滑坡、橋梁傾斜等，只需要一個(gè)傳感器就可以完成，因此不需要多個(gè)傳感器；另外，在某些特定應(yīng)用中，如無(wú)人機(jī)的GPS定位傳感器，為了避免地磁鐵干擾要單獨(dú)放到頂部，這種情況也不適用于多種傳感器放到一起。因此，傳感器融合在工業(yè)領(lǐng)域未必會(huì)大規(guī)模使用。

MEMS傳感器是否會(huì)替代傳統(tǒng)的壓電式傳感器？
ADI以前推出了一款型號(hào)ADXL001傳感器，也可以做同樣的振動(dòng)分析，帶寬可以做到22KHz，和傳統(tǒng)壓電式傳感器相當(dāng)，但是缺點(diǎn)是噪聲很大，與ADXL1001和ADXL1002相差100倍，因此很難撼動(dòng)壓電式傳感器的地位。如今ADXL1001和ADXL1002開(kāi)啟了機(jī)械狀態(tài)監(jiān)測(cè)的新篇章，雖然精度還未明顯超越壓電式傳感器，但是可以與其比擬，而且價(jià)格優(yōu)勢(shì)非常明顯，費(fèi)用下降高達(dá)90%。未來(lái)會(huì)吸引此類用戶的目光。

消費(fèi)電子產(chǎn)品的出貨量很大，但是電子元器件的利潤(rùn)越來(lái)越低，ADI在MEMS傳感器的研發(fā)向著更高端應(yīng)用邁進(jìn)，雖然很多廠商還未大力涉足，但是ADI已經(jīng)為未來(lái)做好了準(zhǔn)備，做別人做不了的是贏在未來(lái)的強(qiáng)有力法寶。