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ADI MEMS传感器:专注四大高端领域

导读: MEMS传感器在我们的生活中应用已经非常广泛,大到汽车,小到手机、可穿戴手环,以及无人机监测等都使用了大量的MEMS传感器,因此业内人士也非常看好MEMS的发展前景。

MEMS传感器在我们的生活中应用已经非常广泛,大到汽车,小到手机、可穿戴手环,以及无人机监测等都使用了大量的MEMS传感器,因此业内人士也非常看好MEMS的发展前景。在近期ADI的媒体发布会上,ADI亚太区微机电产品市场与应用经理赵延辉分析了未来MEMS传感器的发展趋势,以及ADI在该领域的市场策略。

赵延辉分析,手机从功能机向智能机发展促进了MEMS传感器的爆发式增长,MEMS也让手机的使用体验焕然一新,包括游戏设备,也惊艳了一大波用户,但是随着更多竞争对手的加入,MEMS技术越来越平民化。如今ADI的MEMS产品研发重点在4个新领域:陀螺和惯性单元、超低噪声、超低功耗和高温领域。

ADI从1987年开始从事MEMS传感器研究,已经有30年的积累,现在关注的这四大领域目前几乎无人涉足。第一类陀螺和惯性单元,模块里集成了很多传感器,如加速度计、陀螺仪、磁力计、气压计,ADI以单芯片解决方案的形式提供给用户,适用于高温高压(-40℃-125℃)这种能上天入地的场景;第二类超低噪声领域,随着3C制造向自动化演进,如手机、可穿戴设备,对准确感知度要求非常高,只有感知精确度越高才能保证产品的良率,未来超低噪声传感器在工业IoT等高精度市场会发挥重要作用;第三类是低功耗,随着智慧城市、智能家居的发展,对应的产品一般都是电池供电,体积越做越小,电池也越来越小,因此传感器功耗也要越来越低;第四类是高温领域,在极端环境下保证传感器可以稳定运行。

ADI MEMS传感器:专注四大高端领域

ADI亚太区微机电产品市场与应用经理赵延辉

MEMS传感器分四档布局,覆盖多种应用场景

ADI按照量程划分推出了4类MEMS传感器产品:

ADXL354/355低噪声三轴加速度计:输出满量程范围是±2g至±8g,具有1Hz至1KHz可选数字滤波以及20μg/?Hz的噪声密度,功耗150uA。相对于上一代ADXL103/203,噪声密度改善5倍;提供模拟和数字输出两种型号,数字接口支持SPI和I2C,直接可以访问传感器,不需要信号调理,也不需要ADC。这个系列的最大特点就是预计10年内的±3.5mg零点漂移重复性,适用于倾角测量,如检测铁轨平整度,桥梁及房屋倾斜度等。

ADXL356/357三轴加速度计:可选测量范围:±10g、±20g和±40g;噪声密度低至80μg/?Hz,在温度范围内的0g失调漂移保证上限为0.75mg/C,只需极少量的校准工作即可实现精密测量。为什么在小量程之后又推出了大量程测量?赵延辉解释:“倾角测量分两种:第一种是静态倾角,如楼宇、桥梁这种,倾斜角比较小;第二种是大量程动态倾角,如旋翼无人机、固定翼飞机等,飞行时振动强烈,这就要求量程足够大且振动整流误差要小。”除了适用于无人机以外, ADXL356/357还可以用于工业现场的振动分析,如风力发电机测风力大小。

ADXL1001和ADXL1002 MEMS加速度计:在宽带宽和大量程的基础上实现了非常低的噪声密度。满量程范围分别为±100g(ADXL1001)和±50g(ADXL1002)。ADXL1002的典型噪声密度为25μg/√Hz,灵敏度为40mV/g;ADXL1001的典型噪声密度为30μg/√Hz,灵敏度为20mV/g。

在机械检测领域,MEMS传感器一直被拒之门外,原因就是噪声很高,而传统压电传感器的噪声很低,带宽很宽,缺点是价格非常高,贵的上千美金,因此价格限制了它在工业市场的大规模应用。另外,传统压电传感器的测试方案需要拧到监测节点上,然后去拉很长的线甩到控制中心检测机器的状态。ADXL1001和ADXL1002的噪声相对于前一代产品有了100倍的改善,因此可以用于工业机械健康监测。企业采取这种检测方式,一是可以保证机器运行在平稳状态,从而提高生产效率,二是实现精细化控制,提高产品质量。

ADXL372微功耗大量程加速度计:上一代产品ADXL362主要用于人体运动监测,加速度较小,ADXL372的量程较大,可达到200g。另外,ADXL372搭载“即时开启”功能,可即刻唤醒以获取完整波形,从而大大减少待机功耗。赵延辉举了几个比较典型的应用场景,比如珍贵物品运输,如何判断在途中发生碰撞损毁?在贵重物品上安装一个这样的传感器就可以全程记录运输中的碰撞情况,从而判断损毁时间;参加比赛的运动员可以佩戴类似检测设备,如果比赛中发生严重碰撞可以及时就医,避免耽误病情;海运出口大件商品可以通过该产品进行监测,如果中途损毁可以及时补寄,避免耽误交货日期等。

MEMS传感器有诸多优势,但是很多竞争对手还未强力涉足,因此笔者就用户比较关系的问题和赵延辉先生做了沟通:

在工业应用中,传感器融合是否适用?

随着智能手机等电子产品集成的功能越来越多,不同功能的芯片集成到一起更能缩小体积,有利于产品设计,传感器融合也比较常见,那么在工业领域是怎样的进程?赵延辉表示,在工业应用领域中某些应用比较单一,如山体滑坡、桥梁倾斜等,只需要一个传感器就可以完成,因此不需要多个传感器;另外,在某些特定应用中,如无人机的GPS定位传感器,为了避免地磁铁干扰要单独放到顶部,这种情况也不适用于多种传感器放到一起。因此,传感器融合在工业领域未必会大规模使用。

MEMS传感器是否会替代传统的压电式传感器?
ADI以前推出了一款型号ADXL001传感器,也可以做同样的振动分析,带宽可以做到22KHz,和传统压电式传感器相当,但是缺点是噪声很大,与ADXL1001和ADXL1002相差100倍,因此很难撼动压电式传感器的地位。如今ADXL1001和ADXL1002开启了机械状态监测的新篇章,虽然精度还未明显超越压电式传感器,但是可以与其比拟,而且价格优势非常明显,费用下降高达90%。未来会吸引此类用户的目光。

消费电子产品的出货量很大,但是电子元器件的利润越来越低,ADI在MEMS传感器的研发向着更高端应用迈进,虽然很多厂商还未大力涉足,但是ADI已经为未来做好了准备,做别人做不了的是赢在未来的强有力法宝。

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