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ADI MEMS傳感器:專注四大高端領域,全面覆蓋各種應用場景

來源: 發布時間:2017-05-22 13:14:41 次瀏覽

MEMS傳感器在我們的生活中應用已經非常廣泛,大到汽車,小到手機、可穿戴手環,以及無人機監測等都使用了大量的MEMS傳感器,因此業內人士也非??春肕EMS的發展前景。在近期ADI的媒體發布會上,ADI亞太區微機電產品市場與應用經理趙延輝分析了未來MEMS傳感器的發展趨勢,以及ADI在該領域的市場策略。

趙延輝分析,手機從功能機向智能機發展促進了MEMS傳感器的爆發式增長,MEMS也讓手機的使用體驗煥然一新,包括游戲設備,也驚艷了一大波用戶,但是隨著更多競爭對手的加入,MEMS技術越來越平民化。如今ADI的MEMS產品研發重點在4個新領域:陀螺和慣性單元、超低噪聲、超低功耗和高溫領域。

 


ADI亞太區微機電產品市場與應用經理趙延輝



ADI從1987年開始從事MEMS傳感器研究,已經有30年的積累,現在關注的這四大領域目前幾乎無人涉足。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、陀螺儀、磁力計、氣壓計,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景;第二類超低噪聲領域,隨著3C制造向自動化演進,如手機、可穿戴設備,對準確感知度要求非常高,只有感知精確度越高才能保證產品的良率,未來超低噪聲傳感器在工業IoT等高精度市場會發揮重要作用;第三類是低功耗,隨著智慧城市、智能家居的發展,對應的產品一般都是電池供電,體積越做越小,電池也越來越小,因此傳感器功耗也要越來越低;第四類是高溫領域,在極端環境下保證傳感器可以穩定運行。

MEMS傳感器分四檔布局,覆蓋多種應用場景
ADI按照量程劃分推出了4類MEMS傳感器產品:

ADXL354/355低噪聲三軸加速度計:輸出滿量程范圍是±2g至±8g,具有1Hz至1KHz可選數字濾波以及20µg/?Hz的噪聲密度,功耗150uA。相對于上一代ADXL103/203,噪聲密度改善5倍;提供模擬和數字輸出兩種型號,數字接口支持SPI和I2C,直接可以訪問傳感器,不需要信號調理,也不需要ADC。這個系列的最大特點就是預計10年內的±3.5mg零點漂移重復性,適用于傾角測量,如檢測鐵軌平整度,橋梁及房屋傾斜度等。

ADXL356/357三軸加速度計:可選測量范圍:±10g、±20g和±40g;噪聲密度低至80µg/?Hz,在溫度范圍內的0g失調漂移保證上限為0.75mg/C,只需極少量的校準工作即可實現精密測量。為什么在小量程之后又推出了大量程測量?趙延輝解釋:“傾角測量分兩種:第一種是靜態傾角,如樓宇、橋梁這種,傾斜角比較??;第二種是大量程動態傾角,如旋翼無人機、固定翼飛機等,飛行時振動強烈,這就要求量程足夠大且振動整流誤差要小。”除了適用于無人機以外, ADXL356/357還可以用于工業現場的振動分析,如風力發電機測風力大小。

ADXL1001和ADXL1002 MEMS加速度計:在寬帶寬和大量程的基礎上實現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。

在機械檢測領域,MEMS傳感器一直被拒之門外,原因就是噪聲很高,而傳統壓電傳感器的噪聲很低,帶寬很寬,缺點是價格非常高,貴的上千美金,因此價格限制了它在工業市場的大規模應用。另外,傳統壓電傳感器的測試方案需要擰到監測節點上,然后去拉很長的線甩到控制中心檢測機器的狀態。ADXL1001和ADXL1002的噪聲相對于前一代產品有了100倍的改善,因此可以用于工業機械健康監測。企業采取這種檢測方式,一是可以保證機器運行在平穩狀態,從而提高生產效率,二是實現精細化控制,提高產品質量。

ADXL372微功耗大量程加速度計:上一代產品ADXL362主要用于人體運動監測,加速度較小,ADXL372的量程較大,可達到200g。另外,ADXL372搭載“即時開啟”功能,可即刻喚醒以獲取完整波形,從而大大減少待機功耗。趙延輝舉了幾個比較典型的應用場景,比如珍貴物品運輸,如何判斷在途中發生碰撞損毀?在貴重物品上安裝一個這樣的傳感器就可以全程記錄運輸中的碰撞情況,從而判斷損毀時間;參加比賽的運動員可以佩戴類似檢測設備,如果比賽中發生嚴重碰撞可以及時就醫,避免耽誤病情;海運出口大件商品可以通過該產品進行監測,如果中途損毀可以及時補寄,避免耽誤交貨日期等。

MEMS傳感器有諸多優勢,但是很多競爭對手還未強力涉足,因此筆者就用戶比較關系的問題和趙延輝先生做了溝通:

在工業應用中,傳感器融合是否適用?
隨著智能手機等電子產品集成的功能越來越多,不同功能的芯片集成到一起更能縮小體積,有利于產品設計,傳感器融合也比較常見,那么在工業領域是怎樣的進程?趙延輝表示,在工業應用領域中某些應用比較單一,如山體滑坡、橋梁傾斜等,只需要一個傳感器就可以完成,因此不需要多個傳感器;另外,在某些特定應用中,如無人機的GPS定位傳感器,為了避免地磁鐵干擾要單獨放到頂部,這種情況也不適用于多種傳感器放到一起。因此,傳感器融合在工業領域未必會大規模使用。

MEMS傳感器是否會替代傳統的壓電式傳感器?
ADI以前推出了一款型號ADXL001傳感器,也可以做同樣的振動分析,帶寬可以做到22KHz,和傳統壓電式傳感器相當,但是缺點是噪聲很大,與ADXL1001和ADXL1002相差100倍,因此很難撼動壓電式傳感器的地位。如今ADXL1001和ADXL1002開啟了機械狀態監測的新篇章,雖然精度還未明顯超越壓電式傳感器,但是可以與其比擬,而且價格優勢非常明顯,費用下降高達90%。未來會吸引此類用戶的目光。

消費電子產品的出貨量很大,但是電子元器件的利潤越來越低,ADI在MEMS傳感器的研發向著更高端應用邁進,雖然很多廠商還未大力涉足,但是ADI已經為未來做好了準備,做別人做不了的是贏在未來的強有力法寶。

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