MEMS產(chǎn)品與技術(shù)，讓創(chuàng)新超越一切可能

 有人說(shuō)，下一波推動(dòng)電子產(chǎn)業(yè)快速增長(zhǎng)的機(jī)會(huì)是物聯(lián)網(wǎng)，而物聯(lián)網(wǎng)的市場(chǎng)發(fā)展將在很大程度上依賴于包括MEMS在內(nèi)的傳感器技術(shù)。在前不久閉幕的消費(fèi)電子展CES2016上，眾多創(chuàng)新產(chǎn)品也印證了這樣的觀點(diǎn)。

在近日由EEVIA主辦的第五屆“趨勢(shì) 創(chuàng)新 共贏”年度中國(guó)ICT媒體論壇暨2016產(chǎn)業(yè)和技術(shù)展望研討會(huì)上，ADI亞太區(qū)微機(jī)電產(chǎn)品市場(chǎng)和應(yīng)用經(jīng)理趙延輝(Neil)的MEMS主題演講中，也分享了類似的觀點(diǎn)——曾經(jīng)主要針對(duì)汽車應(yīng)用的MEMS技術(shù)，在以可穿戴為代表的物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用中成為其市場(chǎng)增長(zhǎng)的關(guān)鍵。“MEMS正在讓創(chuàng)新超越一切可能。”Neil表示。

“MEMS powered”創(chuàng)新無(wú)處不在

MEMS傳感器經(jīng)歷了從汽車延伸到手機(jī)的快速成長(zhǎng)，現(xiàn)在正在拓展智能穿戴，再到IoT和工業(yè)4.0，成長(zhǎng)空間巨大。而其中，中國(guó)手機(jī)和智能穿戴等消費(fèi)電子廠家采用的MEMS傳感器越來(lái)越多。“有數(shù)據(jù)表明，他們所占全球MEMS的市場(chǎng)份額，已經(jīng)從2011年的9%提升到2015年的30%。”Neil指出。

健康監(jiān)測(cè)、運(yùn)動(dòng)監(jiān)測(cè)、貴重物品跟蹤……各種應(yīng)用場(chǎng)景在生活中無(wú)處不在

“曾經(jīng)有一個(gè)火災(zāi)報(bào)道，兩個(gè)消防員進(jìn)入火場(chǎng)之后因?yàn)檎也坏交貋?lái)的路而犧牲了。如果有一個(gè)集成MEMS慣性傳感器的電子設(shè)備可以在室內(nèi)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)導(dǎo)航，自動(dòng)記錄你的運(yùn)動(dòng)軌跡從而指導(dǎo)你按照這個(gè)軌跡安全返回，就不會(huì)有這樣的悲劇發(fā)生。”Neil以一個(gè)真實(shí)的消防悲劇故事開(kāi)啟了MEMS創(chuàng)新應(yīng)用的分享。事實(shí)上，MEMS在導(dǎo)航中的應(yīng)用已經(jīng)遠(yuǎn)不是什么黑科技，包括陀螺儀、加速度傳感器等ADI公司的MEMS慣性傳感器在機(jī)器人導(dǎo)航、安全跟蹤等類似應(yīng)用中獲得采訪，但相關(guān)的創(chuàng)新應(yīng)用機(jī)會(huì)依然很多有待開(kāi)發(fā)。

MEMS對(duì)于生活中可能接觸到的應(yīng)用而言，近年來(lái)大家耳熟能詳?shù)膽?yīng)該是在監(jiān)控監(jiān)測(cè)方面的應(yīng)用，特別是手環(huán)和智能手表等可穿戴產(chǎn)品。“實(shí)際上可穿戴產(chǎn)品市場(chǎng)還有大量不一樣的監(jiān)測(cè)應(yīng)用，這些創(chuàng)新應(yīng)用正在層出不窮涌現(xiàn)。”Neil指出，并羅列了多個(gè)應(yīng)用案例：用于執(zhí)行任務(wù)過(guò)程的爆炸沖擊檢測(cè)的士兵安全頭盔;在跆拳道和拳擊運(yùn)動(dòng)員以及冰球等類似身體對(duì)抗很激烈的一些比賽以及訓(xùn)練中可以通過(guò)在衣服等裝備中采用MEMS傳感器，實(shí)現(xiàn)對(duì)抗中各種力度和方位數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)，達(dá)到智能訓(xùn)練的目的;實(shí)現(xiàn)箭速、飛行動(dòng)力學(xué)和弓性能等信息分析的高精度箭術(shù)運(yùn)動(dòng)……

“同樣對(duì)于可穿戴，我們還可以更廣泛地應(yīng)用到奶牛、寵物以及貴重物品的監(jiān)測(cè)上，這些是我們平常大家接觸不是特別多的，但是所有這些點(diǎn)都會(huì)是MEMS潛在的增長(zhǎng)點(diǎn)。”Neil表示，“萬(wàn)物互聯(lián)的潛在市場(chǎng)遠(yuǎn)大于我們今天所說(shuō)的手機(jī)或者我們大家現(xiàn)在所了解的可穿戴，有可能家里面所有的家電、所有的門窗都要放一個(gè)MEMS傳感器。比如說(shuō)我一推門進(jìn)來(lái)，家里面的媒體產(chǎn)品打開(kāi)，晚上起來(lái)還可以自動(dòng)把夜燈打開(kāi)，這個(gè)市場(chǎng)需求非常大。”

低功耗、小尺寸、高精度，讓創(chuàng)新應(yīng)用成為可能

近年來(lái)，ADI公司的MEMS產(chǎn)品獲得包括Withings、中國(guó)小米、卡西歐等眾多全球領(lǐng)先用戶的采納。“為什么ADI在這些產(chǎn)品里面贏得了市場(chǎng)份額，或者說(shuō)在我們的售價(jià)相對(duì)比較高的時(shí)候選擇ADI的MEMS傳感器?總結(jié)主要有三點(diǎn)：第一是功耗;第二是精度;第三是尺寸，正是這三點(diǎn)優(yōu)勢(shì)幫我們贏得了市場(chǎng)。”Neil指出。

可穿戴產(chǎn)品用戶通常最大的痛點(diǎn)便是需要頻繁充電，這也是小米定義其手環(huán)之初就準(zhǔn)備解決的痛點(diǎn)。它的產(chǎn)品在測(cè)試的時(shí)候，就是說(shuō)如果不考慮振子頻繁振動(dòng)的情況下，持續(xù)使用時(shí)間可以達(dá)到三個(gè)月，所以保守的說(shuō)可以達(dá)到用戶一個(gè)月不用充電，工作功耗低至1.8uA 的ADXL362輕松幫助小米實(shí)現(xiàn)了其超低功耗的設(shè)計(jì)，而這款產(chǎn)品在2015年實(shí)現(xiàn)了約1200萬(wàn)的出貨量，一舉使小米成為全球第二大手環(huán)制造商。“像有客戶給每一個(gè)奶牛的脖子上都戴一個(gè)MEMS傳感器進(jìn)行奶牛監(jiān)測(cè)，有客戶通過(guò)了薄膜切斷型燃?xì)獗韥?lái)實(shí)現(xiàn)五級(jí)以上的地震自動(dòng)切斷以防止二次災(zāi)害的發(fā)生……這頭奶牛直到死掉，或者燃?xì)獗硐乱淮胃聯(lián)Q代之前都不需要換電池，否則人力成本和時(shí)間成本太高了。”Neil指出。

小米官方微博——為什么小米手環(huán)使用ADI公司的ADXL362加速度計(jì)?

“經(jīng)常有人戴智能手環(huán)坐飛機(jī)國(guó)際旅行，在飛機(jī)上不可能有很大的運(yùn)動(dòng)量，但你一下飛機(jī)手環(huán)就顯示你走了數(shù)千步。這個(gè)與實(shí)際情況出入很大的計(jì)步結(jié)果是如何出來(lái)的?這就是由于傳感器精度問(wèn)題造成的。”對(duì)于MEMS傳感器的精度問(wèn)題，Neil給出了一個(gè)常見(jiàn)的計(jì)步嚴(yán)重偏差的例子，“這是加速度計(jì)的采樣頻率不夠，導(dǎo)致將飛機(jī)高頻振動(dòng)計(jì)算成規(guī)律的低頻運(yùn)動(dòng)，也可能是傳感器對(duì)高頻濾波處理不當(dāng)，導(dǎo)致傳感器不能實(shí)現(xiàn)對(duì)高頻信號(hào)干擾濾除”。

第三個(gè)重要的性能指標(biāo)是尺寸。“這個(gè)很容易理解了，比如說(shuō)頭盔上佩戴的和裝在護(hù)欄上的，這也是國(guó)內(nèi)的一個(gè)項(xiàng)目，裝在護(hù)欄上，如果車輛碰撞了都知道哪一塊出現(xiàn)碰撞，這都需要尺寸非常小，所以對(duì)尺寸上也是有很高的要求。”Neil指出。事實(shí)上，MEMS近年來(lái)在很多創(chuàng)新應(yīng)用中，對(duì)產(chǎn)品尺寸都有非?？量痰囊螅缰閷毜壬莩奁返陌踩?、便攜導(dǎo)航功能需要的陀螺儀、磁力計(jì)MEMS，甚至我們的信用卡里面都有機(jī)會(huì)用到MEMS，這些都要求MEMS夠小、夠薄。

基于ADI MEMS陀螺儀和MEMS 加速度計(jì)的大疆無(wú)人機(jī)

ADI，讓MEMS超越一切可能

“作為最早進(jìn)行MEMS研發(fā)的企業(yè)之一，ADI在相關(guān)技術(shù)研發(fā)上一直走在世界的前列，MEMS讓創(chuàng)新超越一切可能，我們一直在讓MEMS超越一切可能。”Neil指出。據(jù)悉，ADI公司在上世紀(jì)八十年代即開(kāi)展了MEMS產(chǎn)品和技術(shù)的研發(fā)，2002年其MEMS產(chǎn)品出貨量已達(dá)到一億片!而三年前出貨量已經(jīng)超過(guò)10億片。其多款MEMS產(chǎn)品在性能和功能在業(yè)界保持領(lǐng)先地位。

ADI創(chuàng)新MEMS產(chǎn)品線發(fā)展roadmap

“前面介紹過(guò)的在小米手環(huán)上獲得應(yīng)用的ADXL362，四年前推出時(shí)就是全球功耗最低的加速度計(jì)。而直到今天，它依然是該領(lǐng)域的最低功耗記錄保持者。”Neil指出。事實(shí)上，類似的紀(jì)錄保持者在ADI還不少，據(jù)Neil指出，該公司2011年發(fā)布的第一顆能夠支持到175度高溫的雙軸iMEMS加速度計(jì)ADXL206，直到今天ADI還是唯一一家能夠做到支持175度高溫傳感器的廠商。此外，ADXL375是同類最高帶寬和最低功耗的3軸、200g數(shù)字MEMS加速度計(jì);戰(zhàn)術(shù)級(jí)10自由度傳感器ADIS16488在重力加速度效應(yīng)、溫度系數(shù)和帶寬等重要特性方面超過(guò)所有其它同類陀螺儀/IMU產(chǎn)品(改善最多可達(dá)100倍)……