- MEMS的第三次應用浪潮臨近
- MEMS廣泛應用于汽車電子中
- 高性能MEMS產品層出不窮
- 汽車傳感器市場在2009年規模就達到25億美元
- ADI公司已經生產出超過4億片的傳感器
在二十世紀90年代早期，汽車安全氣囊系統就開始大量采用MEMS加速度計。在其后的十年中，MEMS技術的第二次應用浪潮被掀起。期間，MEMS技術被大量應用，產品種類逐漸增多，相關技術被應用到各行各業。第二代技術和產品取代了前者，并很快成為主流。據統計，汽車傳感器市場在2009年規模就達到了25億美元。2004至2009年間，全球汽車傳感器市場的年復合增長率已經達到了9%左右。而今，第三次MEMS應用浪潮正在逼近，越來越多的MEMS加速度計和陀螺儀將被用于更多更新的技術領域。
第三次應用浪潮的臨近
在中國市場，政府正在不遺余力得加大對汽車產業的發展力度，其中汽車傳感器市場成為發展最迅猛的市場。2009年中國汽車傳感器市場銷售額接近80億美元，預計從2007年到2010年，中國市場上，汽車傳感器銷售額的年復合增長率將高于35%。這種增長力度和速度著實不容小視。中國的傳感器市場分為兩個方向：高端路線和低價路線，ADI的MEMS產品是一個大家庭，囊括了多種定位類別的產品，并致力于滿足不同客戶的需求。
在當前的MEMS領域，面臨的挑戰主要來自系統級設計、測試、分析、嵌入式軟件的開發、以及電源管理技術。其中優化解決方案所需要的許多其它要素也為技術工程師提出了許多挑戰。我們認為，也許在未來的10年中，MEMS傳感器設計需要被供應商進一步優化，從而能夠使其提供更加強大的功能，并為使用者降低整體成本做出貢獻。而這對于MEMS的運動檢測的發展和前進步伐也起著至關重要的作用。
對于MEMS傳感器來說，適宜在汽車電控系統中應用是其一大特點。其于近年來被越來越多地應用于汽車的發動機控制系統、車身控制系統和底盤控制系統。其中加速度傳感器在汽車中的應用包括電子穩定控制、氣囊監測、GPS導航及安全系統、以及翻轉監測等。ADI公司20多年來一直是MEMS創新產品的領導者，提供全面的慣性感測解決方案，包括iMEMS加速度計和陀螺儀、iSensor智能傳感器以及慣性測量單元(IMU)，并已通過TS-16949和QS9000認證。 ADI擴展了MEMS產品在諸如安全氣囊，電子穩定系統等安全領域的應用。迄今為止，ADI公司久經驗證的運動信號處理技術已經生產出超過4億片的傳感器產品。
MEMS在汽車電子中的應用及發展
多種能量的耦合構成了MEMS器件工作原理，微傳感器將非電信號轉變為電信號，而微執行器將電能轉換為機械動作。與此同時，Integrated Design也在MEMS的設計過程中大顯身手。但在MEMS系統的設計過程中，往往采用源于IC的技術方式，而且系統仿真與版圖設計，以及器件分析等過程相互脫節，這就使得有機集成的設計環境不能夠形成，從而不能夠滿足MEMS市場快速增長的需要。目前，人們往往使用自上而下(Top-down)的方法設計MEMS。由此可見，這種正向并行的方法集成了MEMS設計中的所有環節，避免了自下而上方式所出現的弊端，使設計效率和設計質量都得到了保證。
當前，手工設計仍然是MEMS的設計工作的主要方式，主要依靠于設計者的知識與專業水平，而VLSI中的數字邏輯綜合則引領了自動化設計潮流。一種快速、優化的配置可以根據設計者提出的要求，利用優化算法以及綜合工具實現。它可以幫助設計人員自動生成MEMS器件的拓撲圖與器件結構尺寸，從而開始MEMS的自動化設計，節省人力成本。使非專業設計者也能參與器件的開發。這種系統綜合，實現了單個器件的設計綜合，但需要將MEMS系統間的耦合效應考慮進去，并對信號處理與控制電路部分進行調試，除此之外還必須具備完備的MEMS器件單元庫。
MEMS芯片與半導體芯片整合、封裝在一起是集成電路技術發展的新趨勢，也是傳統IC廠商的新機遇。ADI MEMS技術簡化了運動檢測在工業、醫療、消費電子、通信和汽車等眾多領域中的應用。用戶之所以選擇ADI公司的iMEMS加速度計和陀螺儀，是因為其能提供業界最精確的運動測量，而且還具有最小的尺寸、最低的功耗和最高的性價比。
在汽車的主動與被動安全保護領域，市場趨勢主要包括以下幾個方面：首先，傳感器趨于整合，例如將ESP與安全氣囊放置在同一ECU之內；其次，傳感器的界面將趨于標準化，其中包括數字界面，SPI、DSI以及PSI5。目前，市場上PSI5的采用率要高于DSI；第三，市場上對高性能陀螺儀的需求將逐漸增多，尤其是配有高級駕駛輔助系統如ACC的汽車；第四，中國和印度等國家已經在司法層面上做出規定，要求所有汽車100%裝有安全氣囊； 第五、歐洲國家也頒布了有關行人保護的法規，車載衛星導航將成為主要趨勢，因此正面撞擊傳感器將成為主要的解決方案。
高性能MEMS產品
ADI的iSensor運動傳感器產品系列新增兩款高度集成的精密MEMS慣性傳感器ADIS16135和ADIS16385，可以有效的幫助工業設備制造商實現穩定、導航和控制功能。新傳感器能提供戰術級（< 10度/小時）陀螺儀性能，iSensor集成度和工廠校準能力。ADIS16135 iSensor精密角速率陀螺儀和ADIS16385 iSensor 6自由度慣性測量單元(IMU)均基于ADI公司的iMEMS（集成微機電系統）慣性傳感器核心技術，能夠提供6度/小時偏置穩定性和0.75度/√hr角度隨機游動。兩款器件均經過全面的工廠校準，在-40°C至+85°C溫度范圍內，靈敏度達到無可比擬的16 ppm/°C，偏置穩定性在0.003度/秒以內。這些傳感器采用動態補償，通過標準SPI（串行外設接口）和寄存器接口提供簡單的用戶接口和控制。
iSensor運動傳感器產品提供戰術級陀螺儀性能，使復雜的穩定應用和GPS輔助導航推測更容易實現。對于要求在極端環境下提供最高陀螺儀偏置精度的工業系統設計人員，ADIS16135陀螺儀和ADIS16385多軸IMU是目前性價比最高的產品。
MEMS陀螺儀一直以來是最難設計和制造的MEMS器件，特別是當許多新興工業自動化和儀器儀表應用要求高性能和低功耗時。與市場上的其它高性能MEMS陀螺儀相比，新款iMEMS 陀螺儀功耗僅為競爭性器件的十分之一，而且可以提供更高的穩定性和抗振性能。iMEMS陀螺儀是基于ADI公司前三代MEMS陀螺儀開發的第四代器件，采用先進的差分四傳感器設計，可在強烈沖擊和振動狀態下精確地工作。這種MEMS陀螺儀具有魯棒性能和僅6mA的低功耗特性，可有效地用于多種應用，如機器人、工業儀器、航空以及用于高速列車的平臺穩定系統。
ADI的 ADXRS450 iMEMS陀螺儀，專門用于惡劣環境中的角速率（旋轉）檢測，以滿足不斷提高的精度、穩定度和抗振動抗沖擊需求。與設計用于消費類應用的運動傳感器相比，這些市場的MEMS傳感器需要提供更高得多的性能。ADXRS450 有效地解決了汽車行業客戶的策略和技術需求。若要更出色地服務有著廣泛客戶群的中國市場，則需要更為技術更為全面的陀螺儀，除了提供高品質技術策略還幫助降低成本并提高績效和市場收益。為此，我們新推出了高性價比的ADXRS652 工業陀螺儀來滿足這一市場需求。ADXRS652是一款偏航角速度陀螺儀。它不僅采用了表面微加工工藝，內置低成本、功能完整的角速率傳感器，還集成了所有必要的信號調理電子器件以產生與Z軸的角速率成比例的穩定輸出電壓。通過外部電容建立0.01 Hz至2500 Hz的帶寬，并利用溫度輸出對傳感器執行溫度校準。這款器件的自測輸入還能提供機電激勵，測試傳感器和信號調理電路是否正常工作。ADXRS652抗沖擊能力達到2000 g，專門針對工業應用、慣性測量單元和平臺穩定性而設計。
綜上所述，ADI在MEMS領域的主要競爭優勢在于：首先，ADI是唯一一家在產品陣列中提供low-g/high-g以及陀螺儀的廠商；其次，ADI在汽車安全傳感器領域具有非凡的經驗，ADI自1989年起便以安全氣囊傳感器為先導開展MEMS業務；第三，ADI的解決方案在振動與沖撞穩健性（陀螺儀），加速器速率保持與寬頻感應，超載反應，持續自測以及低功率傳感器等方面具有卓越優勢；最后，ADI可以提供用于ECU與衛星應用的全套模擬及數字傳感器。
助力MEMS技術未來發展
從上世紀90年代早期MEMS開始投入應用，到隨后的10年，由消費趨勢推動的第二次MEMS技術應用浪潮，直到今天已經進入的MEMS的第三次浪潮。高性能的MEMS加速度計和陀螺儀將在更多領域有著廣泛應用，成千上萬的人意識到MEMS在各行各業的所發揮的作用以及潛力。MEMS傳感器供應商已經沖破了可靠性、成本和大規模生產的障礙，使用者對MEMS更高性能的需求推動了該領域的進步和發展。目前，MEMS技術已能夠滿足各種各樣的客戶需求了，包括可靠性和安全性的增加，對醫療和工業領域中高精度測量和診斷的支持。
我們認為，要在第三次浪潮中取勝，供應商不僅應該關注基本運動檢測或增加新功能，必須能夠應對更多需求和挑戰，新型MEMS傳感器設計必須在所有條件下，包括在各種振動和溫度差異，巨大幅度的沖擊的環境下，保持足夠的靈敏度、噪聲等關鍵特性。此外，設計人員必須提供有價值的系統性能改進，從而實現過程的自動化、并減少系統停機時間，從而降低成本。正如ADI的MEMS技術，它簡化了運動檢測在工業、醫療、消費電子、通信和汽車等眾多領域中的應用，優化了MEMS傳感器設計，提供更加強大的功能，更高的效率，縮小尺寸并降低整體成本，而這些努力必將大力推動MEMS技術的在未來的發展和應用。
