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MEMS传感器的应用走势及提高精度的方法探讨

作者:王莹时间:2017-10-27来源:电子产品世界收藏
编者按:近日,ST(意法半导体)大中华暨南亚区模拟和MEMS产品部市场总监吴卫东先生在京介绍了ST MEMS传感器的发展概况,提高传感器精度的方法,以及汽车、工业等市场对传感器的需求特点。

作者 / 王莹 《电子产品世界》编辑

本文引用地址:http://www.eepw.com.cn/article/201710/370658.htm

摘要:近日,ST(意法半导体)大中华暨南亚区模拟和产品部市场总监吴卫东先生在京介绍了ST 的发展概况,提高的方法,以及汽车、等市场对的需求特点。

ST做了20年的

  在MEMS方面,ST已经做了20年,至今出货130亿片MEMS传感器。随着制程和调校的改进,下一步希望从消费类更多地扩展到汽车和应用。ST特点是提供传感器和致动器(Actuator),有经过市场检验的制造技术,拥有大规模制造能力,有多传感器集成能力,集成了市场领先的智能功能等。

  就像阴阳八卦一样,传感器的应用也在周而复始地轮回。MEMS传感器起始于汽车和,但这十年真正推波助澜、并使MEMS普及的是消费类电子。如今,MEMS的下一波浪潮有望重回汽车和工业。

  据IHS 2017年上半年市场报告,ST是世界第一大汽车非安全性应用MEMS厂商(如图1);在研发投入和研发热情的具体表现方面,2016年ST市场份额同比增长20%。非安全应用主要包括导航和信息娱乐系统等,需要用到加速度传感器和陀螺仪(如图2)。

新应用需要更高

  高性能取决于应用的需求。汽车应用里,汽车导航通常采用GPS,MEMS惯性传感器作为辅助测量,以覆盖GPS的盲区(如图3)。因此MEMS传感器就要有高,通常整个系统的精度要达到“米”级。这个米级并不是一个时间点,是累积的,因为传感器的挑战是参数会随着温度和时间等漂移。自动驾驶对精度的要求更高,目前客户要求精度要在20厘米以内(如图4)。

  虚拟增强实境的感测精度约在10厘米以内。在VR领域,从Android 5.0开始规定了传感器的参数规格,甚至要对传感器做认证,可见传感器起着至关重要的作用。

  此外,手机光学防抖的误差是10厘米以内,是针对画面之间的偏差。工业上的压力监测要控制在10厘米以内。温湿度检测希望达到0.5℃以内,精度3%以内。

影响传感器精度的因素

  提高精度容易吗?实际上既容易也不容易。如果不考虑功耗,较为容易,因为功耗提升后,计算能力可以增强。目前的挑战是,很多应用对功耗是非常在乎的,例如电池供电。

  既然传感器那么重要,设计上是不是已有质的改变或新的技术?从传感器原理看,通常采用著名的传感器精度衡量方法——阿伦方差(AVAR),如图5。但做传感器产品时有一些物理局限性不可规避。例如MEMS传感器里一部分是机械结构,会老化,且会随着温度和时间变化。这些参数解释成电子术语就是背景噪声、白噪声或者不稳定、随机的抖动。其控制方法要用生产或者校正的方法来弥补。

  *噪声。有本身机械结构产生的噪声,还有闪变噪声和高频噪声。高频噪声指传感器在应用时是数字输出,在任何电子线路里会有电磁耦合现象。因此在处理时,传感器厂商要有足够的经验帮助客户在算法上规避或抑制、消除这些噪声。如图6。

  *稳定性。时间的稳定性毋庸置疑是解决老化,例如今天输入“1”出来“100%”,明天输入“1”出来“99%”,就要控制输入稳定性。温度的稳定性,指产品特性在0℃和50℃时肯定不一样,你要尽量在设计中消除和平衡温度的影响。重复测试的稳定性,例如数据线路中如果输入“1”时应该输出“0”,如果达不到“0”就是错。



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