任何一項(xiàng)科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，往往是起起伏伏，有高潮和低谷。技術(shù)都需要時(shí)間的印證，也需要產(chǎn)業(yè)的積累，MEMS技術(shù)就是一個經(jīng)歷過跌宕起伏的技術(shù)。從上個世紀(jì)七十年代開始，MEMS從傳感器技術(shù)演變而來，逐漸形成了一個擁有智能“大腦”的微機(jī)電系統(tǒng)，應(yīng)用也從軍事逐漸拓展到了民用，如今，MEMS技術(shù)正在“無處不在”，成為一種標(biāo)配級的半導(dǎo)體技術(shù)。
對于MEMS技術(shù)的普及和應(yīng)用，ADI亞太區(qū)微機(jī)電產(chǎn)品線總監(jiān)趙延輝是非常看好它的前景。因?yàn)镸EMS具有很好的性價(jià)比、高性能和低功耗，而且體積也小，MEMS系統(tǒng)的尺寸可以在毫米甚至是微米、納米級別。這些特點(diǎn)和適用于醫(yī)學(xué)、工業(yè)、汽車、航空以及位置服務(wù)等應(yīng)用。在ADI中國25周年媒體技術(shù)日上，ADI亞太區(qū)微機(jī)電產(chǎn)品線總監(jiān)趙延輝給大家闡述了ADI無處不在的MEMS技術(shù)以及MEMS傳感技術(shù)的應(yīng)用趨勢等，ADI的MEMS產(chǎn)品已經(jīng)得到了廣泛的應(yīng)用。
ADI亞太區(qū)微機(jī)電產(chǎn)品線總監(jiān)趙延輝，ADI供圖
MEMS技術(shù)“無處不在”
MEMS是一種集微傳感器、信號處理、集成器件、通信等一體的系統(tǒng)，MEMS加速度計(jì)、微振子、MEMS光學(xué)傳感器、壓力傳感器、陀螺儀等都融合了MEMS技術(shù)在里面。因?yàn)镸EMS是一項(xiàng)綜合性的技術(shù)，融合了電子、光學(xué)、材料、力學(xué)、化學(xué)和機(jī)械學(xué)等眾多學(xué)科，所以在推進(jìn)的過程中有很多難題，ADI公司強(qiáng)大的技術(shù)實(shí)力和創(chuàng)新正是客戶這些難題的關(guān)鍵。ADI亞太區(qū)微機(jī)電產(chǎn)品線總監(jiān)趙延輝表示，MEMS技術(shù)是無處不在的，我們每天都會接觸到很多MEMS相關(guān)的產(chǎn)品，如手機(jī)里有很多MEMS加速器，它的作用是進(jìn)行轉(zhuǎn)屏處理，當(dāng)車開進(jìn)隧道時(shí)，MEMS技術(shù)可以給車進(jìn)行導(dǎo)航，車載里的安全氣囊也是利用MEMS進(jìn)行車身平穩(wěn)控制等，自動駕駛、手機(jī)定位、車輛監(jiān)管、精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)、城市停車、測量測繪、機(jī)場站坪、橋梁監(jiān)測、港口裝卸、邊坡監(jiān)測這些應(yīng)用場景都是MEMS技術(shù)最常用的。
MEMS系統(tǒng)在國民經(jīng)濟(jì)中有著很重要的應(yīng)用，隨著智能產(chǎn)品的推進(jìn)，MEMS在智能化上也有自己的優(yōu)勢，ADI的MEMS技術(shù)的優(yōu)勢是什么，對此，ADI亞太區(qū)微機(jī)電產(chǎn)品線總監(jiān)趙延輝表示，隨著海量的定位需求增加，衛(wèi)導(dǎo)離不開慣導(dǎo)，我國的北斗衛(wèi)星將在2020年完成基本全球的布局，國內(nèi)可以利用北斗實(shí)現(xiàn)高精度位置服務(wù)。ADI的技術(shù)將得到更加廣泛的應(yīng)用，將海量位置需求連到網(wǎng)絡(luò)就需要慣性導(dǎo)航。如今北斗最小的導(dǎo)航精度是誤差2．5到5米，對很多應(yīng)用而言，這樣的精度遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠，這時(shí)需要借助MEMS技術(shù)的輔助，來提高衛(wèi)星的導(dǎo)航精度。衛(wèi)星導(dǎo)航非常實(shí)用，但是有個天生的不足，就是信號穿過對流層有折射誤差，這樣的定位精度是不夠準(zhǔn)的，對車載應(yīng)用而言，不允許有這么大的誤差。當(dāng)車開進(jìn)隧道或停車場，衛(wèi)星信號中斷的時(shí)候，車只能利用慣導(dǎo)導(dǎo)航，也就是MEMS技術(shù)。
無人駕駛是目前最火的一個應(yīng)用之一，而行車定位是無人駕駛必須配置的一項(xiàng)技術(shù)，在復(fù)雜的行車環(huán)境里面，MEMS技術(shù)和衛(wèi)星導(dǎo)航是相輔相成的。MEMS慣性傳感器有低精度的慣性傳感器，也有中級的慣性傳感器，還有高精度的慣性傳感器，應(yīng)用場景不一。無人車使用的一般是中低級的慣性傳感器，特點(diǎn)是更新頻率高。慣性傳感器是檢測加速度與旋轉(zhuǎn)運(yùn)動的高頻傳感器，對慣性傳感器數(shù)據(jù)進(jìn)行處理后可以實(shí)時(shí)得出車輛的位移與轉(zhuǎn)動信息，但慣性傳感器自身也有偏差與噪音等問題影響結(jié)果。慣性傳感器有傳感器、信號調(diào)理、各種各樣的溫度補(bǔ)償校準(zhǔn)等，ADI的MEMS技術(shù)融合了這些東西。2019年11月，ADI剛剛發(fā)布了器件級大小的慣性傳感器。“我們要做的是高精度定位，同時(shí)做海量市場，大家可能對這種性價(jià)比有要求，希望性能好，能夠給到長時(shí)間定位和精度，現(xiàn)在需要小體積、低成本，ADI的S1650X系列慣性傳感器就是針對這個市場?！盇DI亞太區(qū)微機(jī)電產(chǎn)品線總監(jiān)趙延輝對媒體編輯說道。
ADI有非常好的探測引力波，各種各樣的ADC、處理器，公司給客戶提供一個完整的解決方案。ADI的慣性傳感器里用的是內(nèi)核傳感器，它的振動抑制特性非常好，如在車?yán)?，可以檢測車的轉(zhuǎn)動角度，車航向偏差，農(nóng)業(yè)無人機(jī)上就有很多ADI的慣性傳感器。ADI內(nèi)部采用的是差分結(jié)構(gòu)，做到了非常好的振動抑制特性，包括無人機(jī)、農(nóng)業(yè)拖拉機(jī)、自動駕駛等應(yīng)用，可以減少產(chǎn)品的顛簸。
現(xiàn)在傳感器的趨勢是智能傳感器，很多傳感器有很多集成式的智能節(jié)點(diǎn)，這就需要更小、低成本、低功耗的MEMS傳感器，在機(jī)器體檢、預(yù)測、信息處理上，它都是必不可少的。要提升傳感器的測量精度，那么傳感器要足夠敏感，這時(shí)噪聲密度就非常低。ADI亞太區(qū)微機(jī)電產(chǎn)品線總監(jiān)趙延輝提到，目前的ADXL100X系列恰好實(shí)現(xiàn)了這樣的技術(shù)突破，頻率已經(jīng)可以做到45KHz，有效帶寬做到30KHz，噪聲可以做到25dB，在業(yè)內(nèi)遙遙領(lǐng)先。
在橋梁應(yīng)用里面，MEMS傳感器有著非常低的頻率，這對于監(jiān)測而言是很重要的，壓電傳感器很難做到這么低。ADI有非常深厚的系統(tǒng)技術(shù)積累，可以把MEMS傳感器集成到各種信號里調(diào)理，提供一個完整振動解決方案，滿足客戶需求。MEMS傳感器還有一個應(yīng)用是地震預(yù)警，過去的地震監(jiān)測設(shè)備都是低密度布置的，現(xiàn)在實(shí)現(xiàn)預(yù)警，靠的是大數(shù)據(jù)。采用低密度專業(yè)地震設(shè)備和高密度輔助地震設(shè)備，通過MEMS加速度計(jì)實(shí)現(xiàn)預(yù)警。加速度計(jì)必須具備低噪聲和低功耗。
地震有不同等級，等級越低，振動幅度越小，這個很直觀振動幅度小必須有足夠低的噪聲才能分辨足夠小的等級。還有大量鋪出去的點(diǎn)很多是電池供電的，你也不知道地震什么時(shí)候發(fā)生，只能讓它不斷工作，所以傳感器必須要有足夠的低功耗，如果這兩個綜合考慮到一起，ADXL355絕對是市場上的首選。在燃?xì)獗砝?，已?jīng)有客戶成功應(yīng)用，檢測到五級強(qiáng)震，燃?xì)獗砜梢宰詣忧袛?，防止二次?zāi)害的發(fā)生。
最后，ADI亞太區(qū)微機(jī)電產(chǎn)品線總監(jiān)趙延輝表示，ADI是業(yè)界最早把MEMS技術(shù)實(shí)現(xiàn)商用的公司，1987年就開始做，1991年實(shí)現(xiàn)了用MEMS替代傳統(tǒng)的氣泡里，2019年ADI又發(fā)明了CLHP慣性傳感器。隨著北斗、5G產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，大量的位置服務(wù)將讓ADI的MEMS技術(shù)大放異彩。