高性能组合式MEMS传感器将是主流趋势

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 传感器在未来将朝着微型化、集成化、智能化和低功耗化的方向发展,尤其是应用于可穿戴设备领域。它必须具有体积小、可靠性高、能实现批量化生产等特点,借助传统的技术,很难实现这方面要求。

MEMS传感器技术的产生正好迎合了这方面的需求,在未来将产生更加深远的影响。
如今,MEMS领域的创新仍在继续,这种创新不仅来自新技术,也包括成熟MEMS技术的应用创新。而目前的MEMS产业革新的方向继续发力更小的物理封装、更强大的功能、日益多样化的应用、低功耗、更低的成本、日趋复杂的硬/软件和系统集成等方面。
随着可穿戴设备概念的持续火爆,近几年,MEMS器件的尺寸一直在缩减,系统级封装、运动传感器交互、软件复杂性、LBS服务、增强现实和健康监测等等都提上了各厂商的研发日程。
“由于消费者对可穿戴设备持续的关注,意法半导体很早就开始了这方面的技术准备,而且组合式传感器将是大势所趋。”意法半导体彭祖年说道。
据彭祖年介绍,意法半导体早已经开始在一个封装内整合多个传感器:加速计、陀螺仪、地磁计、压力传感器。iNEMO惯性模块的推出就是整合了不同类型的传感器,提供了比分立式MEMS产品更小巧、稳定且易于组装的解决方案。根据所选解决方案的不同,iNEMO惯性模块提供了更准确和可靠的传感器性能,并且将占位面积缩小了85%之多。“产品最大亮点是独有的6轴惯性运动感应可运行与传感器相关的所有功能以及客户专用软件,同时功耗比现有解决方案降低40%。”
意法半导体的iNEMO硬件和软件解决方案包括:系统级封装在6轴或9轴单片式解决方案内整合了加速器、陀螺仪和磁力计;iNEMO-M1板上系统,板上配有意法独家发布的STM32微控制器的9轴IMU,简便易用,并且用户可以对其进行编程;iNEMO Engine,是基于专用滤波和预测算法的传感器融合软件套装。iNEMO引擎能够智能对比来自于多个传感器的不同数据,并不受环境条件的影响,从而实现最佳性能。
彭祖年认为,“全整套iNEMO硬件和软件解决方案让运动感应系统能满足最严苛的应用要求,例如增强型手势识别/游戏、增强现实、室内导航和定位服务等。”在这些多传感器产品内,集成传感器可实现自主和自动系统,监测特定的条件,并根据监测结果执行相应的操作,用户无需干预或只需稍加介入。
此外,意法半导体智能传感器整合MEMS器件和处理功能,无需主处理器介入,独立运行传感器算法,从而能够降低系统级功耗,这对续航能力低、耗电量大的可穿戴设备非常重要。
相对于国外厂商的大手笔,国内厂商在MEMS传感器技术上的积累则显得有些捉襟见肘。但这并不妨碍国内厂商在这一领域默默的耕耘。
上海矽睿今年便推出了基于AMR技术的高精度三轴磁传感器产品—QMC6983。据上海矽睿科技有限公司首席执行官谢志锋介绍,QMC6983是专门针对智能移动终端,包括智能手机、智能平板、智能手表以及智能穿戴式设备的电子罗盘应用进行研发的。该款产品具有小尺寸、低功耗、高精度的优异特点。产品外形尺寸为1.6*1.6*0.7 mm3的 LGA封装,工作电流仅为100uA,16位的模数转换,分辨率高达到0.1毫高斯,可以支持指南针1度的高精度,数据输出频率可高达200Hz。
谢志锋对笔者说道,“QMC6983具有内置自检功能和温度漂移补偿模块,比市场上现有产品的精度和可靠性更好,而且我们多种传感器可以在一个生产线上做,做在一个硅片上集成。”
不过,虽然这款产品适用于可穿戴设备,但谢志锋却认为目前可穿戴设备的市场前景并不明朗,与智能手机不一样,可穿戴设备种类繁多,目前并没有成熟的产品出现。“这类设备的特点是低功耗、小尺寸、数据存储等,但是现在大多数人都还不是很了解可穿戴设备,OEM制造商也还未设计出一款真正成功的产品,因此市场前景仍有待观察。”
谢志锋进一步说道,“其实可穿戴设备只有一般一两种功能,我认为手机上可以放一二十个传感器,但是可穿戴设备上放一两个传感器就可以了。一般情况下,一个加速度计再加上一个硅麦克风就够了。因为目前由于受限于续航能力,如果传感器太多,功耗问题很大的困扰。”
所以短时间内,矽睿的关注度还是三类产品,磁传感器、加速度计和陀螺仪,而心率、健康等MEMS传感器还不是矽睿短期内努力的方向。矽睿未来路线图包括今年的三轴加速度计、明年计划推出的三轴陀螺仪以及6轴和9轴的产品。
而从事硅麦克风声学器件的苏州敏芯首席运营官张辰良也认为,“集成太多MEMS传感器对尺寸较小的可穿戴设备来说是负载很重的事情。”张辰良也提到敏芯有客户反馈希望在其组合式产品设计中加入硅麦克风功能,但在许多情况下因为功耗、尺寸或成本等限制而无法达成。
 
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