MEMS传感器的市场应用及未来发展

根据顶级市场研究公司的预测，微机电 （MEMS） 系统将继续稳步增长。 IHS 预计 2013 年增长 6.3%，行业收入将达到 16 亿美元。 IHS 认为，增长动力源自采用惯性、压力传感器的石油、天然气和航空航天等细分市场。

另一家 MEMS 行业动向观察公司，法国 Yole Developpement 指出（见图 1），手机需求将继续推动 MEMS 器件的强劲增长，证据是他们发现最近收购了 Analog Devices MEMS 麦克风部门的 InvenSense 公司的惯性传感器部分增长迅猛，销售额增长了约 30%。

好消息是，这种增长趋势至少持续到 2018 年，在今天的经济环境下这是很难能可贵的。

图 1：MEMS 芯片的市场份额到 2018 年将达 220 亿美元，各种应用将在继续发展中壮大（数据承蒙 Yole Developpement 提供）。

MEMS 一直以来就被认为有助于设计人员将各种各样的电子系统微型化，能够相对减少系统的重量和功耗，MEMS 获得了突飞猛进地发展。 当然，MEMS 实际上几乎不含运动零件，对制造商来说制造更简单，性价比更高；这些器件能提高设备可靠性，拥有保证吸引设计人员注意的性能。 所以，汽车系统、移动式手持设备、医疗电子器械、白色家电、军用和航空航天领域的硬件大量使用了 MEMS。 MEMS 传感器的集成化、可大幅缩短设计时间的各种功能，以及相比以前更低的集成成本，都成为这些传感器现在和未来应用的关键。

由 Analog Devices 提供的 ADIS16445 紧凑型、六自由度、精密惯性传感器便是此类系统集成中的一种。 这个完整的惯性系统包括一个三轴陀螺仪和一个三轴加速计。 ADIS16445 中的每个传感器均集成了 ADI 的 iMEMS® 技术和用于优化动态性能的信号调节功能。 工厂校准为传感器设定了灵敏度、偏置、对准和线性加速度（陀螺仪偏置）特性。 因此，各个传感器都有自己的动态补偿公式，从而实现精确的传感器测量。

图 2：外形紧凑的 ADIS16445 六自由度精密惯性传感器系统集成度高，可简化导航应用设计。

ADIS16445 是一种简单的高性价比集成方法，能够将精确的多轴惯性检测功能集成到工业系统中。 器件出厂前已完成了所有必要的运动测试和校准，大大缩短了系统集成时间。 严格的正交对准进一步简化了导航系统中的惯性坐标对准，而 SPI 和寄存器结构又为数据收集、配置控制提供了简单接口。 具体应用包括导航、机器人、平台稳定与控制。

汽车行业仍然是 MEMS 传感器的最大工业用户。 直喷系统、汽车安全、轮胎压力监控、制动系统均依赖 MEMS 传感器。

汽车安全包括车辆底盘侧翻检测，由 Analog Devices 提供的 ADXRS620 ±300°/s 偏航角速度 MEMS 陀螺仪便是满足这一功能要求的器件（图 3）

图 3：针对汽车安全应用的 Analog Devices ADXRS620 陀螺仪的功能框图。

ADXRS620 陀螺仪采用表面微加工工艺，创造出一款集成在单芯片中的全功能、低成本角速度传感器。 这款汽车级陀螺仪在引脚、封装、温度和功能方面完全兼容该供应商的工业级 ADXRS652 陀螺仪。 输出信号 RATEOUT（1B 、2A）为电压值，与围绕封装上表面垂直轴转动的角速度成比例。 输出与给定的基准电源成比例。 带宽由外部电容器设定。 ADXRS620 采用 7 × 7 × 3 mm BGA 陶瓷封装。

倾角传感器是高精度调平和倾角测量仪器的关键元件。 Murata 的 SCA103T 系列（图 4）是基于 3D MEMS 的单轴倾角仪产品家族，不但精度高，而且采用了不同的测量原理，可对共模误差和噪声影响进行补偿。

这款器件校准精度高，具有极高的温度稳定性、高分辨率和低噪声特性，设计采用坚固的检测元件。 这款倾角仪基于过阻尼检测元件，对振动不敏感。据报道，这款产品能承受 20，000 g 机械冲击。

图 4：Murata 的 SCA103T 系列倾角仪功能框图，用于高精度找平和倾斜测量仪。

这些传感器具有出色的稳定性，不受时间和温度的影响。 提供比例模拟输出电压、数字 SPI 倾斜和温度输出，具有全面的故障探测功能。 此外，还兼容无铅回流焊工艺。 在移动机械、车辆、飞机、建筑机械和手持设备中，这些器件可进行无故障测量。

展望

MEMS 传感器使用的未来增长点在哪里？ 可穿戴和移动式保健设备会促进 MEMS 移动传感器、加速计的销售。 健身以及老年人健康护理监测将继续推动 MEMS 加速计、陀螺仪和电子罗盘的集成。 尤其在 MEMS 压力传感器方面，汽车将再次成为市场焦点。

其他应用包括智能设备，如手表、眼镜、热成像相机和其它传感器。 最新登场的产品是微测辐射热计，这是一种对 IR 敏感的微型热传感器阵列。 这种设备可用在监视系统、执法行动、消防等领域，且可能很快会应用到其它领域。

MEMS 麦克风将会出现在从智能电话、笔记本电脑到助听器、电视机和相机等大量消费类设备中。 目前，苹果 （Apple） 和三星 （Samsung） 是 MEMS 麦克风的最大用户，他们使用了 50% 以上的这种产品。 相信 MEMS 麦克风不久也会在汽车应用中出现。

例如 Knowles 的 SPM0437HD4H 便是一种采用单数位 PDM 输出的微型、高性能、低功耗、顶部收音孔式数字硅麦克风。 SPM0437HD4H 采用了 Knowles 的 SiSonic MEMS 技术，由一个音频传感器、一个低噪声输入缓冲器和一个积分型调制器组成。 该器件适用于许多应用，如手机、智能电话、笔记本电脑、数码相机、便携式音乐播放器，以及其它需要宽带音频和抗 RF 干扰性能的便携式电子设备。

对于所有与传感器相关的设计，传感器融合将继续向前发展。 通过传感器组合，设计工程师能以比使用单个传感器更低的成本，在更短的时间内更轻松地集成、实现各种性能和前所未有的功能。 尽管手持设备和平板电脑稳居 MEMS 传感器使用量榜首，但这些传感器将会集成到我们周围的几乎每一个地方，尤其在消费类应用方面。