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MEMS产品与技术 让创新超越一切可能

有人说,下一波推动电子产业快速增长的机会是物联网,而物联网的市场发展将在很大程度上依赖于包括MEMS在内的传感器技术。在前不久闭幕的消费电子展CES2016上,众多创新产品也印证了这样的观点。

在近日由EEVIA主办的第五届“趋势 创新 共赢”年度中国ICT媒体论坛暨2016产业和技术展望研讨会上,ADI亚太区微机电产品市场和应用经理赵延辉(Neil)的MEMS主题演讲中,也分享了类似的观点——曾经主要针对汽车应用的MEMS技术,在以可穿戴为代表的物联网应用中成为其市场增长的关键。“MEMS正在让创新超越一切可能。”Neil表示。

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“MEMS powered”创新无处不在

MEMS传感器经历了从汽车延伸到手机的快速成长,现在正在拓展智能穿戴,再到IoT和工业4.0,成长空间巨大。而其中,中国手机和智能穿戴等消费电子厂家采用的MEMS传感器越来越多。“有数据表明,他们所占全球MEMS的市场份额,已经从2011年的9%提升到2015年的30%。”Neil指出。 

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健康监测、运动监测、贵重物品跟踪……各种应用场景在生活中无处不在

“曾经有一个火灾报道,两个消防员进入火场之后因为找不到回来的路而牺牲了。如果有一个集成MEMS惯性传感器的电子设备可以在室内实现自动导航,自动记录你的运动轨迹从而指导你按照这个轨迹安全返回,就不会有这样的悲剧发生。”Neil以一个真实的消防悲剧故事开启了MEMS创新应用的分享。事实上,MEMS在导航中的应用已经远不是什么黑科技,包括陀螺仪、加速度传感器等ADI公司的MEMS惯性传感器在机器人导航、安全跟踪等类似应用中获得采访,但相关的创新应用机会依然很多有待开发。

MEMS对于生活中可能接触到的应用而言,近年来大家耳熟能详的应该是在监控监测方面的应用,特别是手环和智能手表等可穿戴产品。“实际上可穿戴产品市场还有大量不一样的监测应用,这些创新应用正在层出不穷涌现。”Neil指出,并罗列了多个应用案例:用于执行任务过程的爆炸冲击检测的士兵安全头盔;在跆拳道和拳击运动员以及冰球等类似身体对抗很激烈的一些比赛以及训练中可以通过在衣服等装备中采用MEMS传感器,实现对抗中各种力度和方位数据监测,达到智能训练的目的;实现箭速、飞行动力学和弓性能等信息分析的高精度箭术运动……

“同样对于可穿戴,我们还可以更广泛地应用到奶牛、宠物以及贵重物品的监测上,这些是我们平常大家接触不是特别多的,但是所有这些点都会是MEMS潜在的增长点。”Neil表示,“万物互联的潜在市场远大于我们今天所说的手机或者我们大家现在所了解的可穿戴,有可能家里面所有的家电、所有的门窗都要放一个MEMS传感器。比如说我一推门进来,家里面的媒体产品打开,晚上起来还可以自动把夜灯打开,这个市场需求非常大。”

低功耗、小尺寸、高精度,让创新应用成为可能

近年来,ADI公司的MEMS产品获得包括Withings、中国小米、卡西欧等众多全球领先用户的采纳。“为什么ADI在这些产品里面赢得了市场份额,或者说在我们的售价相对比较高的时候选择ADI的MEMS传感器?总结主要有三点:第一是功耗;第二是精度;第三是尺寸,正是这三点优势帮我们赢得了市场。”Neil指出。

可穿戴产品用户通常最大的痛点便是需要频繁充电,这也是小米定义其手环之初就准备解决的痛点。它的产品在测试的时候,就是说如果不考虑振子频繁振动的情况下,持续使用时间可以达到三个月,所以保守的说可以达到用户一个月不用充电,工作功耗低至1.8uA 的ADXL362轻松帮助小米实现了其超低功耗的设计,而这款产品在2015年实现了约1200万的出货量,一举使小米成为全球第二大手环制造商。“像有客户给每一个奶牛的脖子上都戴一个MEMS传感器进行奶牛监测,有客户通过了薄膜切断型燃气表来实现五级以上的地震自动切断以防止二次灾害的发生……这头奶牛直到死掉,或者燃气表下一次更新换代之前都不需要换电池,否则人力成本和时间成本太高了。”Neil指出。

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小米官方微博——为什么小米手环使用ADI公司的ADXL362加速度计?

“经常有人戴智能手环坐飞机国际旅行,在飞机上不可能有很大的运动量,但你一下飞机手环就显示你走了数千步。这个与实际情况出入很大的计步结果是如何出来的?这就是由于传感器精度问题造成的。”对于MEMS传感器的精度问题,Neil给出了一个常见的计步严重偏差的例子,“这是加速度计的采样频率不够,导致将飞机高频振动计算成规律的低频运动,也可能是传感器对高频滤波处理不当,导致传感器不能实现对高频信号干扰滤除”。

第三个重要的性能指标是尺寸。“这个很容易理解了,比如说头盔上佩戴的和装在护栏上的,这也是国内的一个项目,装在护栏上,如果车辆碰撞了都知道哪一块出现碰撞,这都需要尺寸非常小,所以对尺寸上也是有很高的要求。”Neil指出。事实上,MEMS近年来在很多创新应用中,对产品尺寸都有非常苛刻的要求,例如珠宝等奢侈品的安全跟踪、便携导航功能需要的陀螺仪、磁力计MEMS,甚至我们的信用卡里面都有机会用到MEMS,这些都要求MEMS够小、够薄。

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基于ADI MEMS陀螺仪和MEMS 加速度计的大疆无人机

ADI,让MEMS超越一切可能

“作为最早进行MEMS研发的企业之一,ADI在相关技术研发上一直走在世界的前列,MEMS让创新超越一切可能,我们一直在让MEMS超越一切可能。”Neil指出。据悉,ADI公司在上世纪八十年代即开展了MEMS产品和技术的研发,2002年其MEMS产品出货量已达到一亿片!而三年前出货量已经超过10亿片。其多款MEMS产品在性能和功能在业界保持领先地位。

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ADI创新MEMS产品线发展roadmap

“前面介绍过的在小米手环上获得应用的ADXL362,四年前推出时就是全球功耗最低的加速度计。而直到今天,它依然是该领域的最低功耗记录保持者。”Neil指出。事实上,类似的纪录保持者在ADI还不少,据Neil指出,该公司2011年发布的第一颗能够支持到175度高温的双轴iMEMS加速度计ADXL206,直到今天ADI还是唯一一家能够做到支持175度高温传感器的厂商。此外,ADXL375是同类最高带宽和最低功耗的3轴、200g数字MEMS加速度计;战术级10自由度传感器ADIS16488在重力加速度效应、温度系数和带宽等重要特性方面超过所有其它同类陀螺仪/IMU产品(改善最多可达100倍)……

“无论是小米还是大疆的无人机,他们为什么选择ADI的产品?MEMS器件的高性能带来的安全和可靠性非常重要。”Neil指出。事实上,在市场竞争日益激烈、越来越强调产品“Time to market”重要性的今天,除了在精度、尺寸和功耗这三大metric之外,很多厂商还有更深层的关注,即整体设计技术支持。“传统的传感器市场一般是传感器提供一个原始数据,而我们的传感器将越来越多的上层处理放到单芯片里面,包括数据的处理、算法的处理等。”Neil介绍。

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责任编辑:常慧思