無人機(jī)步入百姓家，ADI發(fā)力MEMS提供升力

　　誰曾想到曾經(jīng)專屬于軍事用途的無人機(jī)，在被美國廣泛用于反恐行動與剿滅敵人十年后，開始不斷滲透到尋常百姓生活當(dāng)中。伴隨近幾年無人機(jī)技術(shù)的日漸成熟，無人機(jī)的民用需求也出現(xiàn)戲劇化攀升，包括谷歌、亞馬遜等全球領(lǐng)先技術(shù)廠商的加入，也讓這一新興消費(fèi)性電子產(chǎn)品成為未來技術(shù)領(lǐng)域的下一個(gè)關(guān)注焦點(diǎn)。

　　同樣，無人機(jī)市場的巨大前景也吸引了眾多上游芯片廠商的廣泛關(guān)注，作為全球領(lǐng)先的高性能信號處理解決方案供應(yīng)商，ADI公司都在不斷致力于無人機(jī)技術(shù)和相關(guān)產(chǎn)品的研發(fā)工作，并為無人機(jī)民用化進(jìn)程提供核心驅(qū)動力。

　　ADI公司特別是在MEMS器件研發(fā)方面有著業(yè)界極高的話語權(quán)，同時(shí)也為各種無人機(jī)及多軸飛行器提供了豐富、先進(jìn)的MEMS器件。ADI公司亞太區(qū)微機(jī)電產(chǎn)品市場和應(yīng)用經(jīng)理趙延輝先生介紹道，ADI的工業(yè)級陀螺儀ADXRS652、ADXRS620、 ADXRS623、ADXRS646、ADXRS642和工業(yè)級加速度計(jì)ADXL203、ADXL278被廣泛用于專業(yè)級的航拍設(shè)備上。而商業(yè)級的加速度計(jì)ADXL335、ADXL326、ADXL350、ADXL345等，也一直被廣泛應(yīng)用于一體機(jī)及各種飛行器中。這些MEMS傳感器主要用來實(shí)現(xiàn)飛行器的平穩(wěn)控制和輔助導(dǎo)航。飛行器之所以能懸停，可以做航拍，是因?yàn)镸EMS傳感器可以檢測飛行器在飛行過程中的俯仰角和滾轉(zhuǎn)角變化，在檢測到角度變化后，就可以控制電機(jī)向相反的方向轉(zhuǎn)動，進(jìn)而達(dá)到穩(wěn)定的效果。這是一個(gè)典型的閉環(huán)控制系統(tǒng)。至于用MEMS傳感器測量角度變化，一般要選擇組合傳感器，既不能單純依賴加速度計(jì)，也不能單純依賴陀螺儀，這是因?yàn)槊糠N傳感器都有一定的局限性。比如說陀螺儀輸出的是角速度，要通過積分才能獲得角度，但我們知道，即使在零輸入狀態(tài)時(shí)，陀螺依然是有輸出的，它的輸出是白噪聲和慢變隨機(jī)函數(shù)的疊加，受此影響，在積分的過程中，必然會引進(jìn)累計(jì)誤差，積分時(shí)間越長，誤差就越大。這就需要加速度計(jì)來校正陀螺儀，因?yàn)榧铀俣扔?jì)可以利用力的分解原理，通過重力加速度在不同軸向上的分量來判斷傾角。由于沒有積分誤差，所以加速度計(jì)在相對靜止的條件下可以校正陀螺儀的誤差。但在運(yùn)動狀態(tài)下，加速度計(jì)輸出的可信度就要下降，因?yàn)樗鼫y量的是重力和外力的合力。較常見的算法就是利用互補(bǔ)濾波，結(jié)合加速度計(jì)和陀螺儀的輸出來算出角度變化。

　　那與業(yè)內(nèi)同類產(chǎn)品相比，ADI的這些產(chǎn)品究竟擁有哪些優(yōu)勢呢？針對這個(gè)問題，趙延輝先生這樣作答，ADI產(chǎn)品主要的優(yōu)勢就是在各種惡劣條件下，均可獲得高精度的輸出。以陀螺儀為例，它的理想輸出是只響應(yīng)角速度變化，但實(shí)際上受設(shè)計(jì)和工藝的限制，陀螺對加速度也是敏感的，就是我們在陀螺儀數(shù)據(jù)手冊上常見的deg/sec/g的指標(biāo)。對于多軸飛行器的應(yīng)用來說，這個(gè)指標(biāo)尤為重要，因?yàn)轱w行器中的馬達(dá)一般會帶來較強(qiáng)烈的振動，一旦減震控制不好，就會在飛行過程中產(chǎn)生很大的加速度，那勢必會帶來陀螺輸出的變化，進(jìn)而引起角度變化，馬達(dá)就會誤動作，最后給終端用戶的直觀感覺就是飛行器并不平穩(wěn)。除此之外，在某些情況下，如果飛行器突然轉(zhuǎn)彎，可能會造成輸入轉(zhuǎn)速超過陀螺儀的測試量程，理想情況下，陀螺儀的輸出應(yīng)該是飽和輸出，待轉(zhuǎn)速恢復(fù)到陀螺儀量程范圍后，陀螺儀再正確反應(yīng)實(shí)時(shí)的角速度變化，但有些陀螺儀確不是這樣，一旦輸入超過量程，陀螺便會產(chǎn)生震蕩輸出，給出完全錯(cuò)誤的角速度。還有某些情況下，飛行器會受到較大的加速度沖擊，理想情況陀螺儀要盡量抑制這種沖擊，ADI的陀螺儀在設(shè)計(jì)的時(shí)候，也充分考慮到這種情況，利用雙核和四核的機(jī)械結(jié)構(gòu)，采用差分輸出的原理來抑制這種“共模”的沖擊，準(zhǔn)確測量“差模”的角速度變化。但某些陀螺儀在這種情況下會產(chǎn)生非常大錯(cuò)誤輸出，甚至是產(chǎn)生震蕩輸出。

　　對于飛行器來說，最重要的一點(diǎn)就是安全，無論它的硬件設(shè)計(jì)還是軟件設(shè)計(jì)，都要首先保證安全，而后才是極致的用戶體驗(yàn)，趙延輝先生對此觀點(diǎn)也表示認(rèn)同，他進(jìn)而表示ADI的MEMS傳感器設(shè)計(jì)理念恰好跟此想吻合，我們的MEMS傳感器首先是保證在各種極端條件下的穩(wěn)定性，而后才是追求極致的指標(biāo)。根據(jù)客戶實(shí)測反饋，在飛行器誤操作，不小心掉落后，ADI的陀螺儀輸出基本不會受任何影響，而其它某些陀螺儀會出現(xiàn)非常大零點(diǎn)偏移。ADI的加速度計(jì)在受到?jīng)_擊后，也不會產(chǎn)生任何可靠性問題，而其它某些加速度計(jì)則會以很大概率出現(xiàn)完全沒有輸出的現(xiàn)象。這些用戶實(shí)測出來的差異，都是得益于ADI MEMS傳感器在設(shè)計(jì)時(shí)對各種極端情況的充分考慮。

　　在趙延輝先生看來，未來飛行器上的MEMS產(chǎn)品也會向集成化方向發(fā)展，比如3軸加速度加上3軸陀螺儀的集成產(chǎn)品，甚至是SOC，把處理器也集成進(jìn)去，直接提供角度輸出供后端處理器調(diào)用。由于飛行器的應(yīng)用場景一般都是戶外，客戶勢必會做全溫范圍內(nèi)的溫度補(bǔ)償，而在出廠前就對MEMS產(chǎn)品做好了全溫范圍內(nèi)的溫補(bǔ)，或者是設(shè)計(jì)超級低溫漂的傳感器，都會是MEMS產(chǎn)品在這一領(lǐng)域的發(fā)展方向。