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  • 英特尔联合SiTime,开发MEMS时钟解决方案,可靠性和性能提升20倍

    英特尔联合SiTime,开发MEMS时钟解决方案,可靠性和性能提升20倍

    英特尔与MEMS时钟方案提供商SiTime公司宣布,将共同为英特尔5G调制解调器平台开发耐用、小型、低功耗的微机电(MEMS)时钟解决方案。SiTime公司的MEMS产品具备增强的高可靠性和对环境刺激的高耐受度,已应用于消费级电子产品、网络和通信基础设施、医疗、工业和汽车应用等领域。 SiTIme的MEMS时钟解决方案产品零件小巧且低功耗,能将稳定性、可靠性和性能提升20倍 英特尔公司副总裁兼通信与设备事业部总经理Cormac Conroy博士表示:“英特尔的调制解调器技术和SiTImes公司的MEMS时钟解决方案将为5G调制解调器提供更高级别的可靠性,并使客户真正的在最大程度上利用5G所带来的性能和容量。” 英特尔与SiTIme公司合作为客户提供的MEMS时钟解决方案,能让调制解调器更好地抵御振动、冲撞、高温和温度骤变,以避免时钟信号中断。这些配备MHz振荡器设计的MEMS时钟解决方案相比传统的石英解决方案功耗上大幅度地降低、运行时间更长,并能满足英特尔5G调制解调器平台的高性能要求,适用于对手机和其他产品上的5G连接有更高要求的客户。英特尔5G平台将于2019年上市。

    时间:2020-07-10 关键词: mems 英特尔 sitime

  • ST推出STA321MP系列音频IC产品,可直接连接最新的微型麦克风

    ST推出STA321MP系列音频IC产品,可直接连接最新的微型麦克风

    针对MEMS强化功能优化的音频处理器集成了直接数字麦克风输入和主动音频修正技术,为扬声器实现最佳音质 意法半导体(STMicroelectronics,简称ST)推出新款音频处理器芯片,可直接连接最新的微型麦克风,还可提升小尺寸、低成本、或甚至损坏的扬声器的性能,为客户实现市场领先的高音质微型音频产品。 STA321MP是意法半导体SoundTerminal系列音频IC的最新产品,内置MEMS数字麦克风和标准麦克风输入接口。微型尺寸与抗液晶显示器和功率器件的噪声干扰等优势使MEMS麦克风成为智能手机等多功能产品的理想选择。STA321MP可直接连接MEMS麦克风,从而节省元器件数量和成本。 此外,STA321MP的第二个MEMS输入接口可连接微型传感器检测扬声器的运动。设计人员从而能够通过采用意法半导体专利技术的主动音频修正技术,优化扬声器性能。通过主动音频修正技术,处理器能够自动修正扬声器失真或损坏对音质的影响,为超载、锥盆损坏或运动受限的扬声器实现优异的音频性能。 作为第三代SoundTerminal芯片,STA321MP拥有先进的功能和性能。为产品设计人员提供完整的MEMS系统开发工具及APWorkbench图形开发环境。其中APWorkbench可帮助设计人员直接配置Sound Terminal产品,包括主动音频修正功能。 STA321MP的主要特性: • 针对MEMS麦克风特性优化的音频处理性能 • 连接高效数字放大器的直接输出 • PDM/模拟和两路I2S输入 • 低功耗 • 1mm超薄QFN封装 STA321MP目前已上市,采用 7 x 7mm QFN封装。

    时间:2020-07-03 关键词: mems st 麦克风 音频ic

  • 江苏MEMS智能传感器研究院交出“孵化成绩单”:两年10家

    江苏MEMS智能传感器研究院交出“孵化成绩单”:两年10家

    “你看它不过瓶盖大小,陶瓷外壳,这个小玩意儿其实是一个陶瓷单晶硅传感器芯片,我们的智能汽车靠着这双‘眼睛’,去识别周边车辆和行人。”“这个看上去有点像基站的设备是工厂的‘智慧大脑’,最多可以接入1万个物联网传感器设备,覆盖范围最大可达15公里……” 在江苏MEMS智能传感器研究院一楼的展厅里,江苏MEMS智能传感器副院长牟恒对来访者侃侃而谈,玻璃展台中静静躺着每一件产品他都如自己孩子一般熟悉,是这家研究院落地南京两年来的结晶。 江苏MEMS智能传感器研究院作为南京市首批签约并成功备案的新型研发机构,是由中德合作的科学家团队结合德尔森集团联合德国国家微系统传感器硏究院、南京江宁经济技术开发区共同出资设立并运营,于2018年5月18日在南京江宁区正式挂牌成立。 一直以来,研究院从事多种智能MEMS传感器技术开发,物联网应用技术开发,特种传感器技术开发,新型制造工艺开发,新型测试工艺开发,新型设备设计与制造,并以相关成果转移转化,孵化集聚相关企业,形成智能传感器的产业链为己任。在南京生根的两年时间,孵化企业数字从0出发,到现在已经排到第10家。 一手做产品,一手做孵化,江苏MEMS智能传感器研究院前进的脚步从未停下。第二届“南京创新周”于6月22日至26日举办。与首届“南京创新周”不同,今年不少活动都在线上举行,但对于牟恒来说,依然是一次难得的学习交流的机会。“未来研究院将力图培育MEMS传感器与应用领域高成长性企业,填补我国高端MEMS压力、光学等传感器核心芯片依赖进口的空白,提升国家整体高端智能传感器水品,增强国际竞争力。”

    时间:2020-06-28 关键词: mems 智能传感器

  • 液态金属驱动的功能性轮式移动机器人的实现

    液态金属驱动的功能性轮式移动机器人的实现

    中国科学技术大学精密机械与精密仪器系副教授张世武研究团队、澳大利亚伍伦贡大学教授李卫华研究团队和苏州大学机器人与微系统中心副教授李相鹏研究团队组成的联合研究组,设计了基于镓基室温液态金属的新型机器人驱动器,首次实现了液态金属驱动的功能性轮式移动机器人。 电影《终结者》中的液态金属机器人“T1000”开启了液态金属在机器人领域应用的梦想之门。镓基室温液态金属具独特的表面性质及理化特性,可以通过电场、磁场以及浓度梯度场等多种能量场或者表面改性等方式,实现变形、移动、分离以及融合等多种形态学变化,在MEMS、微流体、生物医学以及机器人等领域展示出巨大的应用前景,引起国际上的广泛关注。然而,液态金属在机器人领域应用研究目前仅局限于以液态金属液滴为机器人本体,尚无基于液态金属的功能性机器人的研究报道。 液态金属镓基室温液态金属拥有巨大的表面张力,可以在极低的电场功耗下,展示出高效的运动能力。联合研究组巧妙地将高效液态金属驱动和变重心机构相结合,开发出结构简单紧凑、驱动性能好的新型液态金属机器人。研究人员设计了一种具有超疏水表面的极轻半封闭轮式结构,将液态金属液滴限制在狭长的轮体内部;通过巧妙设计的随动微型电极支架施加外部电场驱动轮体内液态金属运动,进而持续改变轮式机器人的重心,驱动轮式机器人滚动。同时,研究人员对所提出的新型液态金属机器人做了动力学建模与分析,并通过实验探索了电解液浓度、施加电压、液态金属体积、轮体结构等参数对机器人运动性能的影响,获得驱动运动的最佳参数匹配。进一步,通过集成电池系统,研究人员成功设计了新型液态金属自驱动轮式移动机器人。这一创新研究有望启发一种新型驱动方式,弥补传统的机器人驱动方式(电机、液压及气动等)结构复杂、体积大以及驱动能效低等不足,促进未来微小机器人及特种机器人系统的发展。 近年来,由中国科大、澳大利亚伍伦贡大学和苏州大学组成的联合研究组开始研究液态金属的驱动特性及其在机器人上的应用,取得了系列进展。联合研究团队设计了以液态金属液滴作为柔性轮承载及驱动的微型小车,集成电源、控制电路、传感器以及液态金属驱动机构于一体,实现了2D平面内的自主运动,该小车无任何机械传动,具有运动平滑柔顺、无噪声、低振动、成本低廉、易于制造等特点,有望在自动生产线以及实验室自动化中大展身手。该成果近日发表在IEEE Transactions on Industrial InformaTIcs上。此外,联合研究团队首次发现了液态金属在外磁场作用下的非常规运动现象,并揭示了其内在机理。该研究实现了通过外部磁场对不经过任何改性的纯液态金属的运动控制,丰富了液态金属的驱动方法,有利于推动液态金属驱动装置的大规模应用。该成果也于近日发表在Soft Matter上。

    时间:2020-06-26 关键词: mems 传感器 机器人 电源

  • 高性能MEMS传感器助力无人机飞行性能提高

    高性能MEMS传感器助力无人机飞行性能提高

    据麦姆斯咨询报道,无人机的市场规模和应用范围正在蓬勃发展,似乎每隔一天就会出现新的应用。无论是邮件或包裹的递送、老少皆宜的娱乐、安全监控、农业或工业的管理,还是开拓航拍摄影的新天地,随处都可见无人机的身影。 最初,大多数无人机不过是简单的玩具。然而,最近它们的飞行能力有了显著地提高,让它们的操控更安全、更稳定、更容易,从而使它们在现实生活中的应用也越来越广泛。 这些能力提高的关键因素是使用了高性能的微机电系统(MEMS)传感器,因而无人机中的传感器市场正在快速地增长: 根据Yole《应用于无人机和机器人的传感器》报告数据,应用于无人机和机器人的传感器市场增长强劲,预计到2021年将达到7.09亿美元,2018年到2021年的复合年增长率为12.4%。 影响无人机飞行性能的MEMS传感器 无人机能够保持方向稳定、被用户精准操控,或者自动飞行,都依赖于惯性MEMS传感器。然而,无人机面临的一些挑战使其系统设计变得复杂:电机校准得不够完美、系统动力随负载不同而变化、运行条件迅速变换,或者传感器引入不准确的信息。这些都可能导致定位处理产生偏差,最终导致导航时出现位置错误,甚至导致无人机故障。 要让无人机不只是玩具,甚至“更上一层楼”,配备高性能的MEMS传感器和先进的软件是必不可少的。高级无人机上高精度的惯性测量单元(IMU)、气压传感器、磁力计、专用传感器节点(ASSN)以及传感器之间的数据融合,都对其飞行性能有直接和实质性的影响。 受尺寸限制以及苛刻的环境和运行条件,如温度波动和振动,都对传感器的要求提升到新的水平。MEMS传感器必须尽可能地减少这些影响,并提供精准可靠的测量。 实现卓越的飞行性能的方法主要有:软件算法(如传感器校准和数据融合)、机械系统设计(如减少振动),以及根据无人机制造商的要求和需求选择MEMS传感器。下面我们通过一些实例重点关注一下MEMS传感器。 航姿参考系统(AHRS)是无人机的“心脏”,它包括惯性传感器、磁力计和处理单元。AHRS可预估设备的行进方向,如滚转、俯仰和偏航的角度。传感器的不准确性,如偏移、灵敏度误差或热漂移,会导致定向误差。图1显示了定向误差(滚动、俯仰角度)与加速度计偏移的函数关系,定向误差通常是传感器误差链中最大的因素。例如,仅20 mg的加速度偏移量将导致设备出现1度的方向误差。 图1:加速度计偏移引起的方向误差 惯性测量单元(IMU) IMU包括加速度计和陀螺仪,并带有嵌入式处理程序。这使它能够确定运动轨迹,包括线性运动和旋转。 Bosch Sensortec的BMI088是一款6轴IMU,具有16位低噪声加速度计和16位低漂移陀螺仪。这种高精度器件的技术源自高端汽车传感器,因此它可以在较长时间内保持出色的偏置和温度稳定性,以及具有卓越的振动鲁棒性,使其成为无人机的理想选择。 图2显示了BMI088随温度漂移的典型值。 图2:BMI088随温度漂移的典型值(加速度和速率都为0) 所示的漂移量表示加速度计偏移的范围在10 mg以内和陀螺仪的偏移范围小于0.5 dps。此外,BMI088行为表现与温度呈线性关系,且几乎没有滞后现象。这使得BMI088在无人机和机器人中应用极具吸引力。 气压传感器 无人机内置的高性能气压传感器能精确测量高度,并可与IMU的读数结合用于高度控制。气压传感器必须尽可能减少外部的影响和误差。目前,与其他传感器,例如GPS和光流传感器、测距传感器结合使用,可提高系统的可靠性并减少位置误差。 Bosch Sensortec的BMP388气压传感器用于提供高度信息,可改善飞行稳定性、高度控制、起飞和着陆的性能。这使得操控无人机变得轻而易举,因此能吸引到更广泛的用户。 无人机对气压传感器的要求通常极端苛刻。即便遭受不良天气和气温影响,高度精度也必须控制在严格的公差范围内,另外随时间推移传感器必须保持低延迟和微乎其微的漂移量。BMP388能够满足这些严苛的要求,其相对精度为+/- 0.08 hPa(+/- 0.66 m),300至1100 hPa之间的绝对精度在+/- 0.5 hPa,低温度系数补偿(TCO)通常小于0.75 Pa/K。它拥有极具吸引力的性价比,功耗低且封装尺寸极小,仅为2.0mm x 2.0mm x 0.75mm。 除了改善TCO之外,还有多种因素可以提高整体的精度:相对精度、噪声、稳定性和绝对精度。从笨拙的玩具到高精度飞行器,当前无人机在工业和商业创新应用中的潜力超越了工程师们的想像。 磁力计 磁力计就像是指南针,可以根据地球的磁场为无人机确立航向。正如Bosch Sensortec的BMM150,正是一款3轴的数字磁力计。 BMM150,结合BMI088 IMU,可提供9个自由度(DoF)的解决方案,用于航向估算和导航。BMM150在很宽的温度范围内都能保持良好性能,具有16位分辨率和抗强磁场能力(无磁化提供稳定的传感器偏移),因而非常适合无人机应用,并能够最大限度地减少校准传感器偏移所需的工作量。 专用传感器节点 专用传感器节点(ASSN)是指高度集成的智能传感集线器,它能将多个传感器集成在一个封装体中,并配有可编程的微控制器。它为运动传感应用提供灵活而低功耗的解决方案。 例如,Bosch Sensortec的BMF055就是一款ASSN,它集成了加速度计、陀螺仪、磁力计、可处理软件的32位Cortex M0+微控制器,以及各传感器的输出端。BMF055与定向处理软件相结合,可用作AHRS。该器件采用5.2mm x 3.8mm x 1.1mm小型封装,节省了宝贵的空间和重量。该传感器为无人机应用提供了一体化封装。图3演示了BMF055在无人机中的应用,其作为定向处理单元并集成了传感器融合算法。 图3:BMF055(ASSN)在无人机中AHRS应用 信号处理和软件 除了各个传感器之外,我们还可以了解一下无人机的信号处理整体结构的系统示意图,以及集成传感器读数和控制所需的软件。 图4显示了典型的消费级无人机中用于不同信号处理的功能模块。左侧列显示为各个传感器,右侧列表示其派生的软件处理功能,如方向处理和飞行控制算法。深蓝色方块的传感器是实现室内和玩具无人机的最佳稳定控制必不可少的传感器,灰色方块则表示可选传感器,可用于扩展室外飞行和自动航点导航功能。 图4:消费级无人机的信号处理示意图 将各种传感器集成一体,并进行数据融合,就可以直接在芯片上执行定向处理等软件功能。除了MEMS传感器,Bosch Sensortec还提供用于定向处理的传感器数据融合软件,功能包括传感器校准、传感器数据的预处理和定向处理。对于无人机制造商而言,这可以显著地降低工程和软件的复杂性,减少不必要的风险并缩短产品上市时间。 然而,制造商仍然需要为无人机的机械设计和动力系统,提供他们自己的软件和特殊代码,例如控制回路和特定功能的使用。 典型的无人机功能 让我们来看看创新的MEMS传感器技术如何与软件相结合,实现现代无人机功能。现在,即便是低成本的玩具无人机,也普遍具有复杂的功能。首先,通过利用IMU的输出,稳定器能将无人机保持水平。通过集成来自气压传感器的数据,能够将无人机维持高度和位置不变。例如,在玩具应用中,它可控制无人机在高度不变时进行翻转。结果是操控师不再需要花费那么多小时的练习来掌握基本操控,且会显著降低发生意外碰撞的风险。 与GPS模块的数据融合为无人机户外飞行增添一些有趣的功能,例如,在几个航点之间自动飞行,以及“返回家”功能——无人机能够自动返回并安全降落到起始位置。 其他新颖的功能还包括“轨道模式”或“跟随我模式”,无人机可以围绕特定点旋转或可以自主跟随一个人。与摄像头相结合,操控师可以在“带着无人机散步”时,从“鸟瞰视图”中看到自己,或者通过手势与无人机互动。 海阔天空任我游 随着机器人、半导体和当前的MEMS传感器技术的发展,尤其是不断提升的精密度和小型化,预示着在未来无人遥控飞机将更为普及。从天气或空气污染物的监测、牲畜的管理、安全或快递系统到下一代增强现实游戏或物联网(IoT)平台,高科技的飞机和无人机在我们的日常生活中发挥的作用越来越重要,而博世MEMS传感器将为它们铸造强大的“心脏”。

    时间:2020-06-15 关键词: mems 传感器 无人机

  • 变模MEMS工业级加速度计,你知道吗?

    变模MEMS工业级加速度计,你知道吗?

    什么是变模MEMS工业级加速度计?它有什么作用?中国,2018年11月12日 - 意法半导体推出IIS2DLPC 3轴MEMS加速度计,可以在超低功耗和高分辨率之间动态改变工作模式,在有限的功耗预算内实现高精度测量。该传感器可连续执行上下文感知功能,在受命令时唤醒主机系统,并进行高精度测量,然后返回到超低功耗模式。 根据这一工作模式灵活可变的特性,用户可以研发电量更持久的依靠电池供电的工业传感器节点或医疗设备、防偷电智能电表,以及智能省电或动作激活功能。此外,利用可取得极低功耗的机会,设计人员可以把工业制造设备或机器人的智能配件设计成使用方便、集成简单的电池供电附加模块。 四种低功耗模式选项让用户可以在广泛的应用场景中优化功耗。其噪声极低,在高分辨率模式下低至90μg/√Hz,可实现出色的测量精度。IIS2DLPC的其它功能为用户提供更多的功耗控制功能,包括易于使用的一次性数据转换和用于存储批量数据以减少CPU干预的32级FIFO缓存。IIS2DLPC还集成温度传感器和自检功能。 -40°C 至 +85°C的宽工作温度范围让IIS2DLPC特别适合工业应用。该产品在意法半导体的10年供货保证计划范围内,确保市场上长期有货销售。IIS2DLPC现已投产,采用2mm x 2mm x 0.7mm塑料触点阵列(LGA)封装。以上就是变模MEMS工业级加速度计解析,希望能给大家帮助。

    时间:2020-06-15 关键词: mems 测量 变模

  • 高性能MEMS传感器在无人机中的应用

    高性能MEMS传感器在无人机中的应用

    据麦姆斯咨询报道,无人机的市场规模和应用范围正在蓬勃发展,似乎每隔一天就会出现新的应用。无论是邮件或包裹的递送、老少皆宜的娱乐、安全监控、农业或工业的管理,还是开拓航拍摄影的新天地,随处都可见无人机的身影。 最初,大多数无人机不过是简单的玩具。然而,最近它们的飞行能力有了显著地提高,让它们的操控更安全、更稳定、更容易,从而使它们在现实生活中的应用也越来越广泛。 这些能力提高的关键因素是使用了高性能的微机电系统(MEMS)传感器,因而无人机中的传感器市场正在快速地增长: 根据Yole《应用于无人机和机器人的传感器》报告数据,应用于无人机和机器人的传感器市场增长强劲,预计到2021年将达到7.09亿美元,2018年到2021年的复合年增长率为12.4%。 影响无人机飞行性能的MEMS传感器 无人机能够保持方向稳定、被用户精准操控,或者自动飞行,都依赖于惯性MEMS传感器。然而,无人机面临的一些挑战使其系统设计变得复杂:电机校准得不够完美、系统动力随负载不同而变化、运行条件迅速变换,或者传感器引入不准确的信息。这些都可能导致定位处理产生偏差,最终导致导航时出现位置错误,甚至导致无人机故障。 要让无人机不只是玩具,甚至“更上一层楼”,配备高性能的MEMS传感器和先进的软件是必不可少的。高级无人机上高精度的惯性测量单元(IMU)、气压传感器、磁力计、专用传感器节点(ASSN)以及传感器之间的数据融合,都对其飞行性能有直接和实质性的影响。 受尺寸限制以及苛刻的环境和运行条件,如温度波动和振动,都对传感器的要求提升到新的水平。MEMS传感器必须尽可能地减少这些影响,并提供精准可靠的测量。 实现卓越的飞行性能的方法主要有:软件算法(如传感器校准和数据融合)、机械系统设计(如减少振动),以及根据无人机制造商的要求和需求选择MEMS传感器。下面我们通过一些实例重点关注一下MEMS传感器。 航姿参考系统(AHRS)是无人机的“心脏”,它包括惯性传感器、磁力计和处理单元。AHRS可预估设备的行进方向,如滚转、俯仰和偏航的角度。传感器的不准确性,如偏移、灵敏度误差或热漂移,会导致定向误差。图1显示了定向误差(滚动、俯仰角度)与加速度计偏移的函数关系,定向误差通常是传感器误差链中最大的因素。例如,仅20 mg的加速度偏移量将导致设备出现1度的方向误差。 图1:加速度计偏移引起的方向误差 惯性测量单元(IMU) IMU包括加速度计和陀螺仪,并带有嵌入式处理程序。这使它能够确定运动轨迹,包括线性运动和旋转。 Bosch Sensortec的BMI088是一款6轴IMU,具有16位低噪声加速度计和16位低漂移陀螺仪。这种高精度器件的技术源自高端汽车传感器,因此它可以在较长时间内保持出色的偏置和温度稳定性,以及具有卓越的振动鲁棒性,使其成为无人机的理想选择。 图2显示了BMI088随温度漂移的典型值。 图2:BMI088随温度漂移的典型值(加速度和速率都为0) 所示的漂移量表示加速度计偏移的范围在10 mg以内和陀螺仪的偏移范围小于0.5 dps。此外,BMI088行为表现与温度呈线性关系,且几乎没有滞后现象。这使得BMI088在无人机和机器人中应用极具吸引力。 气压传感器 无人机内置的高性能气压传感器能精确测量高度,并可与IMU的读数结合用于高度控制。气压传感器必须尽可能减少外部的影响和误差。目前,与其他传感器,例如GPS和光流传感器、测距传感器结合使用,可提高系统的可靠性并减少位置误差。 Bosch Sensortec的BMP388气压传感器用于提供高度信息,可改善飞行稳定性、高度控制、起飞和着陆的性能。这使得操控无人机变得轻而易举,因此能吸引到更广泛的用户。 无人机对气压传感器的要求通常极端苛刻。即便遭受不良天气和气温影响,高度精度也必须控制在严格的公差范围内,另外随时间推移传感器必须保持低延迟和微乎其微的漂移量。BMP388能够满足这些严苛的要求,其相对精度为+/- 0.08 hPa(+/- 0.66 m),300至1100 hPa之间的绝对精度在+/- 0.5 hPa,低温度系数补偿(TCO)通常小于0.75 Pa/K。它拥有极具吸引力的性价比,功耗低且封装尺寸极小,仅为2.0mm x 2.0mm x 0.75mm。 除了改善TCO之外,还有多种因素可以提高整体的精度:相对精度、噪声、稳定性和绝对精度。从笨拙的玩具到高精度飞行器,当前无人机在工业和商业创新应用中的潜力超越了工程师们的想像。 磁力计 磁力计就像是指南针,可以根据地球的磁场为无人机确立航向。正如Bosch Sensortec的BMM150,正是一款3轴的数字磁力计。 BMM150,结合BMI088 IMU,可提供9个自由度(DoF)的解决方案,用于航向估算和导航。BMM150在很宽的温度范围内都能保持良好性能,具有16位分辨率和抗强磁场能力(无磁化提供稳定的传感器偏移),因而非常适合无人机应用,并能够最大限度地减少校准传感器偏移所需的工作量。 专用传感器节点 专用传感器节点(ASSN)是指高度集成的智能传感集线器,它能将多个传感器集成在一个封装体中,并配有可编程的微控制器。它为运动传感应用提供灵活而低功耗的解决方案。 例如,Bosch Sensortec的BMF055就是一款ASSN,它集成了加速度计、陀螺仪、磁力计、可处理软件的32位Cortex M0+微控制器,以及各传感器的输出端。BMF055与定向处理软件相结合,可用作AHRS。该器件采用5.2mm x 3.8mm x 1.1mm小型封装,节省了宝贵的空间和重量。该传感器为无人机应用提供了一体化封装。图3演示了BMF055在无人机中的应用,其作为定向处理单元并集成了传感器融合算法。 图3:BMF055(ASSN)在无人机中AHRS应用 信号处理和软件 除了各个传感器之外,我们还可以了解一下无人机的信号处理整体结构的系统示意图,以及集成传感器读数和控制所需的软件。 图4显示了典型的消费级无人机中用于不同信号处理的功能模块。左侧列显示为各个传感器,右侧列表示其派生的软件处理功能,如方向处理和飞行控制算法。深蓝色方块的传感器是实现室内和玩具无人机的最佳稳定控制必不可少的传感器,灰色方块则表示可选传感器,可用于扩展室外飞行和自动航点导航功能。 图4:消费级无人机的信号处理示意图 将各种传感器集成一体,并进行数据融合,就可以直接在芯片上执行定向处理等软件功能。除了MEMS传感器,Bosch Sensortec还提供用于定向处理的传感器数据融合软件,功能包括传感器校准、传感器数据的预处理和定向处理。对于无人机制造商而言,这可以显著地降低工程和软件的复杂性,减少不必要的风险并缩短产品上市时间。 然而,制造商仍然需要为无人机的机械设计和动力系统,提供他们自己的软件和特殊代码,例如控制回路和特定功能的使用。 典型的无人机功能 让我们来看看创新的MEMS传感器技术如何与软件相结合,实现现代无人机功能。现在,即便是低成本的玩具无人机,也普遍具有复杂的功能。首先,通过利用IMU的输出,稳定器能将无人机保持水平。通过集成来自气压传感器的数据,能够将无人机维持高度和位置不变。例如,在玩具应用中,它可控制无人机在高度不变时进行翻转。结果是操控师不再需要花费那么多小时的练习来掌握基本操控,且会显著降低发生意外碰撞的风险。 与GPS模块的数据融合为无人机户外飞行增添一些有趣的功能,例如,在几个航点之间自动飞行,以及“返回家”功能——无人机能够自动返回并安全降落到起始位置。 其他新颖的功能还包括“轨道模式”或“跟随我模式”,无人机可以围绕特定点旋转或可以自主跟随一个人。与摄像头相结合,操控师可以在“带着无人机散步”时,从“鸟瞰视图”中看到自己,或者通过手势与无人机互动。 海阔天空任我游 随着机器人、半导体和当前的MEMS传感器技术的发展,尤其是不断提升的精密度和小型化,预示着在未来无人遥控飞机将更为普及。从天气或空气污染物的监测、牲畜的管理、安全或快递系统到下一代增强现实游戏或物联网(IoT)平台,高科技的飞机和无人机在我们的日常生活中发挥的作用越来越重要,而博世MEMS传感器将为它们铸造强大的“心脏”。

    时间:2020-06-14 关键词: mems 传感器 无人机

  • MEMS足以满足自动驾驶的需求 应对严苛环境

    MEMS足以满足自动驾驶的需求 应对严苛环境

    工程设计总是在于利弊的权衡,但自动驾驶汽车提出的严苛要求,正在将其推向极限。 - 自动驾驶车辆将生成海量的数据,源自各种形式的视觉传感器,以及探测温度、压力和其它关键参数的环境传感器。 - 通信是不变的需求,车辆内部使用汽车以太网,外部通信未来将会采用5G技术与世界连接。 - 它们在持续振动和冲击的严苛环境中运行。面对外部天气和内部引擎高温的双重影响,温度环境可能很极端。并且,由于车辆外部快速的天气变化,以及车辆内部引擎释放的热量,温度的变化会很快。此外,由于下雨或在潮湿的路面上行驶,水分可能随时存在。 - 汽车在发生危险时会危及乘员生命,因此汽车的各个部件应该始终能够正常运行,如果出现问题,它必须能够在进入安全状态时表现良好。 - 汽车是一种消费品,制造商在要求汽车电子器件具有高性能的同时,也非常注重成本。芯片占位面积必须尽可能小,以节省空间,而且芯片必须以高良率制造,以保持合理的成本。 在所有这些要求中有一个共同的因素贯穿始终,而这也是我们通常认为理所当然的,那就是:时间。为了使一切都能同步运行,即使某些部件出现问题,这些时钟信号也必须正常运行。时钟现在比以往任何时候都更加关键,因此对时钟源提出了极高的要求。 石英已经成为时钟器件的过去时态,现在和将来,MEMS时钟器件提供的独一无二的稳定性和可靠性,足以满足自动驾驶需求。 应对严苛环境 我们的智能手机可能已经很复杂了,但与自动驾驶汽车相比,不值一提。智能手机通常会被我们放在口袋或小包里随身携带,如果不小心摔地上遭受严重的震动,手机有可能就无法工作了。 汽车可就没那么幸福了。外部行驶糟糕的道路,各种减速带,以及与其他车辆或障碍物的意外碰撞,有可能会损伤车辆内部设备,而这些内部构件都需要继续运行。如上所述,车辆内部的温度和温度变化可能也很极端。此外,电磁干扰(EMI)如果处理不当,也可能会影响通信的可靠性。 如果在这些恶劣条件下出现任何故障,那么车辆必须进入一种安全状态。但是,如果协调这一切的时钟器件因环境压力而失效,安全状态就无从谈起了。这是MEMS时钟器件的一个重要优势:MEMS时钟器件比石英器件更加稳健(图1)。例如,某些MEMS器件可提供0.1 ppb/g的稳定性(与石英的0.5 ppb/g相比)。它们可以应对50 kg的冲击和70 g的振动。它们的运行温度在-55 ~ 125°C(比石英器件的范围更广)。而且,凭借可编程边缘速率(±0.25 ~ 40 ns)和高达4%(±0.25%)的扩频能力(石英不具备的功能),MEMS时钟器件可将EMI降低11%。 图1:MEMS与石英时钟器件在热气流和振动下的卫星跟踪对比,石英多次丢失信号,而MEMS表现非常稳定 随着时间的推移,时钟仍必须保持可靠。MEMS时钟器件已经证明了其超高的可靠性。事实上,使用相同的示例,它们从未出现过一次失效故障。系统寿命期间测量统计的每百万缺陷数(DPPM)已降至1.6以下,平均故障间隔时间(MTBF)超过10亿小时(即114000年)。而石英器件的每百万缺陷数约为200 ~ 500,平均故障间隔时间不到5000万小时。此外,MEMS没有频率扰动(activity dips)或微跳变问题,也没有冷启动的问题,而这些一直是石英器件需要面对的挑战。与仅满足AIC-Q200要求的石英相比,MEMS时钟器件还能够满足AEC-Q100测试要求。 车辆内外通信 据麦姆斯咨询介绍,汽车行业已经采用以太网的形式来处理车辆内部通信。这包括各个域内以及之间的功能通信,例如传动系统、底盘和中心堆栈等。数据速率可以达到10、40和/或100 Gbps。就我们熟知的家庭和办公室网络中的以太网,汽车以太网解决了“正常”以太网带来的几个问题。 - 具有较低的射频(RF)噪声,减少信号之间的干扰。 - 它为请求和发送紧急传感器和其他数据提供微秒延迟。 - 带宽可以分配给具有特定延迟要求的特定数据流。 - 可以在组件之间同步时钟,以实现同时数据采样等功能。 与此同时,5G将承担车辆与外部世界的通信,例如与其他车辆、本地基础设施和手机信号塔等。这种所谓的“车联网”系统对5G时钟提出了非常高的要求:网络端10 ns的延迟,频率进入两位数千兆赫范围。 图2:汽车电子需要通过汽车以太网进行内部通信,并通过5G进行外部通信 这些通信将涵盖非常关键的应用,如车辆间的对话;以及便利性应用,如流媒体音乐(无论实时与否)。所有这些都必须可靠地运行,以确保安全舒适的乘坐体验。MEMS时钟器件能够提供确保内部和外部网络运行所需的频率和抖动性能,如频率高于700 MHz,稳定性为±0.1 ppm(-40 ~ 105℃)或±20 ppm(-55 ~ 125℃)。 相比之下,石英时钟器件的的频率选择较少,且全部采用大型封装。它们在-40 ~ 125℃范围内的稳定性仅为±50 ppm。此外,石英时钟器件还有所谓的频率扰动等其他异常状况,使它们在安全关键应用中不太可靠。 时钟器件尺寸不断缩小 最后,时钟器件所需占用的空间越小越好。也就是说,您可以根据自己的优先级进行选择。对于极致的小型封装需求,MEMS可提供2.0 mm x 1.6 mm的DFN封装。如果引线检测对于低成本制造至关重要,那么可以选择SOT23-5封装。 MEMS时钟器件还无需负载电容,单个驱动器可以驱动多个负载。这两种特性都与石英形成了鲜明对比。而且,石英时钟器件从自身特性来说必须使用更大的封装。 图3:针对不同汽车应用的特性 汽车设计开始转向MEMS 汽车应用是可以想象的要求最严苛的应用之一。它们通常在极其恶劣的条件下运行,必须保持内部和外部的可靠通信,并且必须能够收集、处理和分发大量的传感器数据,以便高效和安全地运行。 控制所有这些相互交织的系统的时钟器件必须稳健可靠。它必须提供高性能,同时尽可能小的占位面积。这些都是MEMS时钟器件的优势。人们对自动驾驶,以及更安全地从A点到B点的渴求,推动了时钟器件从石英向MEMS的过渡。

    时间:2020-06-10 关键词: mems 自动驾驶

  • 浅析pMEMS振荡器用于工业频率控制的设计

    浅析pMEMS振荡器用于工业频率控制的设计

    从消费类多媒体产品到工业自动化和监视系统、网络和通信基础设施以及坚固的军用设备,所有数字电子产品都有一个滴答作响的“心脏”,即一个准确的振荡器。历史上,工程师一直利用石英晶体的谐振特性来实现准确的定时。随着提高可靠性和性能的压力持续增大、对更小尺寸和更低功耗的要求以及逻辑电路速度的提高,这一切都促使定时专家开发新的材料和技术。 压电MEMS(pMEMS)谐振器和振荡器是新一代基于芯片的频率控制器件中的两种器件,这类基于硅技术的新一代器件有很多优势,例如具备半导体级的抗冲击和抗震动性能。此外,半导体的特征尺寸允许在单个芯片上同时制造大量器件,从而可实现规模经济。此外,这类器件还可以采用低成本塑料封装,利用半导体级的集成度实现占板面积更小的封装,为节省电路板空间和不断微型化提供了机会。为了应对振荡器挑战,IDT开发了超小的、采用纤巧芯片级封装的CrystalFree?谐振器(图1)。 图1:微型化pMEMS谐振器兼有更高的可靠性和经济性,还有无需电源的无源运行优势。 pMEMS振荡器的其他优点包括:自然地与表面贴装组装流程兼容,而且从订货到交货的时间很短。这使供应商和用户(电子产品制造商)能降低供货短缺风险,保持更少的器件库存。如同使用石英晶体时一样,pMEMS谐振器无需电源,而且插入损耗更低。此外,MEMS谐振器不会遭遇频率扰动(activity dip)问题,而这一问题可能损害石英晶体器件的可靠性。 随着产品的更新换代,商用MEMS振荡器的性能一直在稳步上升,已日益接近传统石英晶体器件的性能。根据IHS iSuppli公司的研究,MEMS振荡器市场最初是由小型初创公司驱动的,随着IDT等定时器件供应商在市场上取得稳固地位后,他们投入了更多开发资源,希望通过改善MEMS振荡器芯片的设计来进一步改善其性能和功能。因此,MEMS振荡器市场有望进入更高速的发展阶段。IHS iSuppli公司董事兼MEMS及传感器首席分析师Jérémie Bouchaud预测,在40亿美元的频率控制产品市场上,MEMS振荡器的市场份额将从2010年相对较小的1350万美元增长到2015年的2.05亿美元。这相当于72.3%的年复合增长率。 随着2012年5月推出4M系列振荡器,IDT推出了世界上第一款能提供高性能通信、消费类、云计算和工业应用所需的频率准确度和抖动性能的pMEMS振荡器。 在4M系列pMEMS谐振器的设计中,IDT结合了压电材料强大的机电耦合特性和单晶硅的稳定性与低衰减特性,开发出了一个实用、经济的振荡器系列,该系列的可靠性和性能水平均很高。图2显示了4M MEMS振荡器的简化功能方框图。 图2:诸如4M系列等最新的pMEMS振荡器提供更高的性能和更紧密的功能集成 4M振荡器的亚皮秒级抖动性能可与典型的晶体振荡器相媲美,且频率准确度在±50ppm之内。该系列器件在频率高达625MHz时,支持低压差分信号(LVDS)和低压正发射极耦合逻辑(LVPECL),从而满足大多数通信、网络和高性能计算应用的严格要求。该系列振荡器在2.5V至3.3V的电源电压范围内工作。所规定的±5ppm的老化稳定性使这些器件适用于电信和互联网基础设施领域的应用。 与基于石英晶体的传统器件相比,pMEMS技术的固有特性还允许更高的固有谐振频率,从而使这些振荡器不必牺牲关键性能规格,就能以富有竞争力的价格提供更高的性能。4M系列器件凭借小型芯片尺寸和芯片级封装,可采用更小的5mm x 3.2mm(5032)塑料封装,该系列器件也提供7mm x 5mm(7050)封装选择,以与广泛采用的石英晶体的外形尺寸相匹配。 振荡器评估板(图3)帮助工程师开始新的设计,并快速了解怎样利用这种新型器件实现最佳性能。 图3:评估板帮助工程师利用4M系列pMEMS振荡器进行设计 IDT还提供pMEMS时钟发生器,例如CrystalFree? 5V系列,该系列产品结合了pMEMS振荡器技术和锁相环(PLL)技术,可为消费类、计算以及嵌入式应用提供优质时钟频率。通过集成pMEMS技术,这些器件无需额外的外部频率源,因此有助于提高可靠性、减小电路板尺寸并降低系统成本。实际上,pMEMS技术能使很多新颖的功能集成到同一封装中,例如时钟倍频器、分频器、多输出配置等。 pMEMS技术的另一个好处是,振荡器输出频率可以在器件离开工厂之前快速设定,而无需耗时或费用高昂的微调。这使供应商如IDT能以富有竞争力的价格提供定制频率,即使最低订单量较少也一样。 坚固的工业频率控制 随着MEMS振荡器领域最近取得的进步,如4M pMEMS系列所显示,MEMS振荡器技术已经准备就绪,能提供精确的工业应用所需的准确度和稳定性。随着工业电子产品领域发生的变化,例如广泛采用为工作人员提供更大灵活性并有助于提高生产率的手持式设备,pMEMS振荡器固有的抗冲击和抗振动性能引起了设备设计师的关注和兴趣。 标准石英晶体器件被看作易损坏组件,在这种器件中,晶体夹装在金属外壳中。大约50g至100g的冲击就能使晶体断裂,因此晶体制造商会发布晶体组件的存储、包装及运输指导原则。这类指导原则规定,要避免不小心的处理方法,例如掉落或抛扔装有晶体的容器或系统,或者在将晶体组件插入系统时,用力过大。 晶体制造商已经开发出抗冲击性很强的产品,这类产品抗机械应力的性能得到了极大的提高。在所采用的方法中,最大限度地减小晶体尺寸和特征尺寸,例如调整音叉叉齿,可有效减少质量和降低内部剪切力。此外,安装和陶瓷封装技术的改进也为提高晶体的抗损性作出了进一步的贡献。今天的高抗冲击性晶体能经受远超10,000g的冲击而不被损坏,而抗冲击性最高的晶体能承受超过100,000g的冲击,以用在要求极端苛刻的军用应用中。 相比之下,MEMS振荡器具备半导体级的坚固性,不依靠特殊的构造或封装方法,就能提供50,000g量级的高抗冲击性。这为设计师提供了即经济又坚固的定时解决方案,在众多类型的设备中提供了长期可靠性,例如:重型钻或切割设备的驱动装置;运动控制;运输系统中的电子产品,如轨道牵引传动装置或刹车控制器。汽车电子产品设计师也可以利用pMEMS器件具备的抗机械应力的坚固性,开发能承受连续高强度振动的产品模块,这类振动即使在汽车的正常使用中也会遇到。 结论 总之,具备亚皮秒级抖动的pMEMS振荡器为设计师提供了更大的选择自由,加速了向更小、更准确、价格更富竞争力的定时解决方案的转变。这最终将允许设计师准确确定,哪些类型的器件最适合最终应用,他们可以选择晶体振荡器、CMOS硅振荡器或压电MEMS器件,以满足成本、频率、准确度、稳定性、机械弹力、尺寸、功耗和可用性要求。

    时间:2020-06-09 关键词: mems 控制器 振荡器

  • 实现MEMS传感可视化的专业MEMS开发工具,你知道吗?

    实现MEMS传感可视化的专业MEMS开发工具,你知道吗?

    什么是实现MEMS传感可视化的专业MEMS开发工具?它有什么作用?横跨多重电子应用领域、全球领先的半导体供货商意法半导体( STMicroelectronics ,简称 ST ;纽约证券交易所代码: STM ) 推出可视化的 Profi MEMS Tool 开发平台,方便工程师 查看MEMS 传感器的工作状态,加快产品上市时间,并最大限度提高新产品设计的性能。 Profi MEMS Tool 主板搭载高性能 STM32F401 微控制器和灵活的电源管理芯片,可为传感器供电,并取得传感器的输出数据,再转发到 PC 主机上的开发者 GUI (图形用户界面)软件。 用户可以使用意法半导体的免费的UNICO GUI软件(可自st.com下载)或选用其他工具来分析 MEMS传感器波形。 Profi MEMS Tool 不局限于连接传感器和 GUI ,还能让用户探索传感器的全部工作模式和功率设置,同时优化传感器的性能和精确度。 该主板具充足的运算能力,能够处理复杂的数据集,例如,意法半导体先进6轴惯性模块输出的OIS / EIS(光学或电子防抖)数据, 以及简单的传感器读数,例如,气压表、加速计或陀螺仪数据。 该主板还有丰富的功能,能够评测最新一代高分辨率工业级MEMS传感器,例如,意法半导体最近推出具16位加速度计输出和 12位温度输出的IIS3DHHC 三轴低噪加速度计。 在开启项目前,用户先将目标传感器模块插入主板上的扩充排针上。 软件可调整电源电路,让传感器电源电压灵活地设定在0V到3.6V范围内,再现目标应用的可能出现的工作状况。 此外,主板还为用户提供准确的电源监测功能,而无需连接外部仪器即可检测传感器的电源电压和电流,进而简化连网产品、智能传感器、移动机器人或无人机控制器等注重功耗的项目开发。以上就是实现MEMS传感可视化的专业MEMS开发工具解析,希望能给大家帮助。

    时间:2020-06-09 关键词: mems 意法半导体 传感可视化

  • 超低功耗MEMS工业传感器6轴惯性模块,你知道吗?

    超低功耗MEMS工业传感器6轴惯性模块,你知道吗?

    什么是超低功耗MEMS工业传感器6轴惯性模块?你知道吗?2018 年 11月22日 - ISM330DLC 6轴IMU(惯性测量单元)是意法半导体超低功耗MEMS工业级传感器产品家族的延伸,兼备高精度和高稳健性,意法半导体十年供货承诺保证市场长期有货。 ISM330DLC集成一个3轴加速度计和一个3轴陀螺仪,满量程用户可选,最高测量值分别为±16g和±2000dps,测量分辨率高,智能节能功能让电池供电工业设备更持久耐用,目标应用包括工业物联网系统、机器人、无人机、平台稳定器、车载信息服务系统等。加速度计带宽达到3kHz,还可用于振动监测补偿系统。 ISM330DLC在正常组合模式下仅消耗0.5mA电流,在高性能模式下仅消耗0.75mA电流。此外,ISM330DLC集成的大容量FIFO存储器可让主机系统高效地检索数据,智能功能和中断引脚,包括倾斜检测、自由落体检测、唤醒、6D / 4D方向、单击和双击,能够实现有功耗意识的应用设计,节省更多的电能。ISM330DLC还有一个传感器集线器功能,可以有效地收集外部传感器的数据。 ISM330DLC内置广泛的工业级设计功能,包括专用的可配置的低噪声、低延迟信号处理通道和为确保闭环控制稳定性而优化的滤波器。该信号处理通道可以单独配置成通过辅助SPI接口输出陀螺仪或加速度计数据。 作为一款功能丰富的高精度、高稳定性、高可靠性传感器模块,ISM330DLC还集成了温度传感器以及陀螺仪和加速度计自检功能。 ISM330DLC现已投产,采用2.5mm x 3mm x 0.83mm塑料触点阵列(LGA)系统级封装。以上就是超低功耗MEMS工业传感器6轴惯性模块解析,希望能给大家帮助。

    时间:2020-06-05 关键词: mems 传感器 意法半导体

  • AI独角兽+MEMS巨头 这两家科创板IPO成功过会

    AI独角兽+MEMS巨头 这两家科创板IPO成功过会

    6月2日晚间,上交所接连披露企业上市审议结果,两家高科技企业:寒武纪和敏芯股份首发过会。 这两家企业一个以自研AI芯片闻名业界,另一个专注于MEMS传感器器件,都属于时下国家重点发展的半导体微电子行业。 寒武纪成立于2016年3月,有着浓厚的中科院背景,其创始人是一对天才兄弟:出身中科大少年班的陈云霁和陈天石,在中科院北京计算所从事的基础研究,为陈云霁和陈天石创立寒武纪打下了基础。正如公司名字“寒武纪”一样,创始人希望能像寒武纪时代生物多样性大爆发一样迎来人工智能的大爆发。 经过短短4年的发展,寒武纪已成为国内人工智能芯片领域的头部企业。其官网信息显示,寒武纪推出的寒武纪1H/1M(Cambricon1H/1M)深度学习处理器IP系列,采用了定制化的低功耗处理器架构,与传统的通用处理器和图形处理器相比,寒武纪1H/1M可显著提升深度学习的处理速度和能效,可广泛应用于各类智能终端,包括智能手机、智能摄像头、机器人、自动驾驶设备等。除了处理器IP产品,寒武纪还推出了思元270/100系列加速卡,边缘计算模组和软件开发平台。寒武纪已与众多上下游企业在人工智能领域建立了良好的合作关系。21ic家注意到,在寒武纪的合作伙伴中,阿里巴巴、百度、浪潮、联想、紫光展锐等知名企业均在列。 在此次上市科创板的受理过程中,寒武纪经历了两轮问询,终获通过。据招股书披露,寒武纪此次IPO拟募集资金约28亿元,分别投资于新一代云端训练芯片及系统项目、新一代云端推理芯片及系统项目、新一代边缘端人工智能芯片及系统项目和用于补充流动资金。 另一家企业敏芯股份是一家以MEMS传感器研发与销售为主的半导体芯片设计公司,目前主要产品线包括MEMS麦克风、MEMS压力传感器和MEMS惯性传感器。 所谓MEMS,是微机电传感器的意思,由于涉及机械、电器、微电子等多个交叉学科技术,MEMS芯片的门槛一向很高,能掌握其核心技术并不容易。据21IC家了解,经过多年的技术积累和研发投入,敏芯微电子实现了MEMS全生产环节的国产化, 可谓“中国芯”的代表,尤其是在MEMS传感器芯片设计、晶圆制造、封装和测试等各环节都拥有自主研发能力和核心技术。2010年,敏芯股份将MEMS麦克风和压力芯片的生产工艺导入华润上华MEMS芯片生产线生产;2015年,敏芯股份将MEMS加速度计芯片生产工艺导入中芯国际,将MEMS和ASIC两颗芯片集成在一起,推出了全球最小尺寸MEMS加速度计。 敏芯微电子的MEMS传感器产品已广泛应用于智能手机、平板电脑、可穿戴设备等消费电子产品和医疗电子产品中,像华为、小米、百度、阿里巴巴、联想、九安医疗等都是其客户。 据了解,本次敏芯微电子IPO拟募资7.07亿元,用于MEMS麦克风生产基地新建项目、MEMS压力传感器生产项目、MEMS传感器技术研发中心建设项目及补充流动资金项目。

    时间:2020-06-03 关键词: mems AI 科创板

  • MEMS传感器你了解多少

    MEMS传感器你了解多少

    MEMS的全称是微型电子机械系统 利用传统的半导体工艺和材料,集微传感器、微执行器、微机械机构、信号处理和控制电路、高性能电子集成器件、接口、通信和电源等于一体的微型器件或系统。具有小体积、低成本、集成化等特点。 MEMS工作原理图 MEMS传感器的应用领域 除了智能手机,MEMS传感器将会在 AR/VR、可穿戴等消费电子,智能驾驶、智能工厂、智慧物流、 智能家居、环境监测、智慧医疗等物联网领域广泛应用。 4、车联网应用 车联网是物联网发展的重大领域,智能汽车是车联网的核心,正处于高速发展中。在智能汽车时代,主动安全技术成为备受关注的新兴领域,需要改进现有的主动安全系统,比如侧翻(rollover)与稳定性控制(ESC),这就需要MEMS加速度传感器和角速度传感器来感测车身姿态。 语音将成为人与智能汽车的重要交互方式,MEMS麦克风将迎来发展新机遇。MEMS传感器在汽车领域还有很多应用,包括安全气囊(应用于正面防撞气囊的高g值加速度计和用于侧面气囊的压力传感器)、汽车发动机(应用于检测进气量的进气歧管绝对压力传感器和流量传感器)等。 5、自动驾驶应用 自动驾驶技术的兴起,进一步推动了MEMS传感器进入汽车。虽然GPS接收器可以计算自身位置和速度,但在GPS信号较差的地方(地下车库、隧道)和信号受到干扰的时候,汽车的导航会受到影响,这对自动驾驶来说是致命的缺陷。 利用MEMS陀螺仪和加速度计获取速度和位置(角速度和角位置),车辆任何细微的动作和倾斜姿态,都被转化为数字信号,通过总线,传递给行车电脑。即便在最快的车速状态下,MEMS的精度和反应速度也能够适应。得益于硅体微加工、晶片键合等技术的发展,精度已经上升到0.01。 MEMS VOC气体传感器GM-502B 6、工业应用 MEMS让传感器小型化、智能化,MEMS传感器将在智慧工业时代大有可为。MEMS温度、湿度传感器可用于环境条件的检测,MEMS加速度计可以用来监测工业设备的振动和旋转速度。高精度的MEMS加速度计和陀螺仪可以为工业机器人的导航和转动提供精确的位置信息。 MEMS传感器种类及供应商 MEMS传感器种类繁多,主要的MEMS传感器包括运动传感器、压力、麦克风、环境、光传感器等。 MEMS运动传感器主要有加速度计、陀螺仪、磁力计三大类,加速度计和陀螺仪可以集成为六轴惯性传感器;磁力计和加速度计集成为电子罗盘(e-compass),加速度计、陀螺仪和磁力计可集成为9轴传感器。 MEMS环境传感器可细分为气体、温度和湿度传感器等。MEMS气体传感器主要用于检测目标气体的成分、浓度等。MEMS温度传感器可用于任何需要检测温度的地方。MEMS湿度传感器在工业控制、气象、农业、矿山检测等行业中得到了广泛的应用。 MEMS生物传感器目前处于发展初期。MEMS生物传感器是利用生物分子探测生物反应信息的器件,被列为新世纪五大医学检验技术之一,是现代生物技术与微电子学、化学等多学科交叉结合的产物。未来MEMS生物传感器在医学、食品工业、环境监测等领域具有广阔发展空间。 MEMS产业链 MEMS是多学科交叉的复杂系统,整个产业链涉及设计、制造、封装测试、软件及应用方案环节。 MEMS产业链的上游负责MEMS器件设计、材料和生产设备供应,中游生产制造出MEMS器件、下游使用MEMS器件制造终端电子产品。 MEMS整个产业链复杂,涉及的厂商众多。中国的设计、制造、封装测试厂商都在积极布局MEMS,已形成完整MEMS的产业链。 1、全球MEMS生产厂商 全球前十名 MEMS厂商主要包括博世、意法半导体、惠普、德州仪器、佳能、InvenSense、Avago和 Qorvo、楼氏电子、松下等。 2、MEMS代工 MEMS代工主要有两种类型:IDM厂商提供的MEMS代工,独立的代工厂提供的MEMS代工,其中独立的代工厂包括集成电路代工厂和纯MEMS代工厂。 近几年Fabless模式(无生产线设计公司)的MEMS器件制造商发展迅速,独立的MEMS代工厂努力寻求标准化的工艺以提升规模经济,减少制造时间和降低成本,使得独立的MEMS代工厂快速成长,但目前IDM代工仍处于市场领导地位。 3、MEMS封装测试 封装技术与IC封装有着诸多不同,对企业的要求很高。众所周知,MEMS器件价格下降非常之快,目前部分MEMS器件中封装成本甚至占到总价格的40%到60%。如何做到低成本封装是封测厂商面临的巨大挑战。 经过四十多年的发展,微机电系统(MEMS)已成为世界瞩目的重大科技领域之一。它涉及电子、机械、材料、物理学、化学、生物学、医学等多种学科与技术,应用前景广阔。

    时间:2020-05-28 关键词: mems 传感器

  • 国内厂商布局MEMS减少进口依赖

    国内厂商布局MEMS减少进口依赖

    MEMS是一项革命性的新技术,它将微型机构、控制电路、接口和电源等集成于一块或多块芯片上,大大提高了传感器性能的同时降低了成本,是一项关系到国家的科技发展、经济繁荣和国防安全的关键技术。 而基于MEMS技术生产出来的MEMS传感器,有着智能化、微型化、集成化、成本低、效能高、可大批量生产等优点,现已逐步取代传统机械传感器的主导地位,被广泛应用于消费电子、汽车制造、物联网、航空航天、医药化工等领域。 因此,MEMS传感器的前景备受看好,麦姆斯咨询预测,2023年MEMS传感器和执行器全球市场将高达820亿美元!全球厂商纷纷入场布局,抢吃数百亿MEMS传感器市场蛋糕...... 博世为首,外商垄断MEMS传感器市场 据HIS Automotive统计,2017年全球MEMS前三大供应商(博世、森萨塔、恩智浦)共占据了57%的市场份额。其中博世占据鳌头,市占率达到33.62 %,森萨塔市占率达到12.34 %,恩智浦市占率则达到11.91%。其他厂商也占据一些市场,但前8全是国外厂商。 2017年全球MEMS主要供应商市场份额 资料来源:公开资料,国元证券研究中心 可以发现,MEMS传感器市场已被以博世为首的外商所垄断,且市场集中度较高。相比之下,中国MEMS产业起步晚,全球第一块MEMS传感器于1980年就已推出,距今已接近40年 了,但我国MEMS产业至今发展也不过10年左右,尚处于起步阶段,具有一定知名度和出货量的本土MEMS企业更是屈指可数,占领MEMS传感器市场份额也较少。 同时,因为MEMS 传感器的高研发难度及其制造工艺的复杂性,形成了行业壁垒,加上国外MEMS传感器大厂具有产品线广、技术领先、客户众多的优势,所以国内MEMS传感器厂商难以突围。 因此,想要做大一个MEMS公司是很难的,不仅前期需要大量的资金开发技术,后期还需要利用系统资源进行产品集成提升盈利能力。例如博世公司MEMS产品营业收入只占营业收入的1.2%;博世MEMS产品能够做到全球第一,主要得益于MEMS产品在TPMS、电子稳定控制(ESC)等领域的应用,这离不开博世公司全球第一大汽车技术供应商对MEMS系统性的支持。 国内厂商积极布局MEMS传感器,减少进口依赖 近几年,中国MEMS市场增速均高于全球市场增长水平。一方面,由于中国3C产品以及汽车电子产品持续保持较快增长势头,加之全球电子整机产业持续向中国的转移,从而使得MEMS需求不断释放,中国MEMS市场因此呈现良好发展态势;另一方面,中国汽车工业的增长也推动了压力传感器、微机械陀螺仪等MEMS主力产品市场的增长。预测到2020年,在物联网热潮的推动下,中国MEMS市场有望突破700亿元。 但多年来,国内MEMS传感器严重依赖进口,中高档传感器几乎100%从国外进口。旺盛的市场需求与相对薄弱的产业形成反差,催促我国MEMS传感器产业加速发展,求新突破,以减少进口依赖。 目前,我国的设计、制造、封装测试厂商已开始积极布局,形成了完整的MEMS产业链。 制图:全球物联网观察 其中设计产业主要分布在环渤海和长三角地区,制造线主要集中在北京、上海、无锡、杭州、苏州、淄博等城市。 来源:赛迪顾问 由于我国MEMS产业起步较晚,所以我国的MEMS传感器产品多处于技术相对成熟、市场格局相对稳定的传统MEMS应用领域——国内三大主流的MEMS传感器MEMS压力传感器、MEMS麦克风和惯性MEMS传感器上面。 我国部分MEMS传感器厂商 来源:网络公开信息,制图:传感器专家网 除了上面列举的已经发展到一定程度并取得了一定的成绩的传感器厂商,国内还有很多传感器厂商也在致力于MEMS传感器的生产研发,比如士兰微、明皜传感、无锡芯奥微、昆山双桥、苏州敏芯微等等。另外,在汽车领域,国内自主品牌如美泰科技、美新半导体、保隆科技等均公开了其未来在MEMS传感器方面的产能规划。美泰科技压力类传感器年产量突破100万只;保隆科技拿到多家车企传感器项目,投资3.9亿元用于车用传感器;华工科技紧跟汽车电动化浪潮,重点发展新能源汽车PTC加热器,PM2.5传感器等战略产品;等等。 国内厂商MEMS传感器产能规划 来源:各公司官网,国元证券研究中心 经过多年发展,我国已是世界最大的电子产品生产基地,消耗了全球四分之一的MEMS器件,但因我国MEMS传感器产业长期处于产业链中下游,国内MEMS厂商有自己核心技术的不多,很多都是代工厂商,而要想在未来MEMS传感器市场上站稳脚跟,需要努力的地方还有很多。 结语 尽管MEMS传感器市场目前大部分被国外大厂商所占据,但MEMS属于新兴技术,正在发展中,所以一切未成定局。相信在国家大力鼓励智能制造,支持集成电路产业发展的环境下,经过国内厂商的努力,我国MEMS传感器产业将会高速发展前进。 同时,未来随着人工智能与物联网的发展,MEMS传感器会被应用到更多智能应用中,让我们的世界更智能,更美好。

    时间:2020-05-27 关键词: mems 传感器

  • 电机健康状态监测的MEMS加速度传感器

    电机健康状态监测的MEMS加速度传感器

    你了解电机健康状态监测的MEMS加速度传感器吗?随着工业4.0深入的推进,电机已经成为了工业生产中最主要的驱动设备,广泛应用于各个生产领域。电机在长期运行中难免会产生一些故障,如何实时监测电机工作状态,及时诊断出电机的健康状况就变得非常重要。研究表明,电机振动信号中包含了大量的电机运行状态信息,对电机振动进行实时监测可以有效的判断电机的运行状态,从而实现对电机故障及时诊断和预警,大大降低电机发生重大事故的概率,用客户的话讲就是“让机器说话”。 据ADI代理商Excelpoint世健公司介绍,世健已经为湖南、四川等多个地区的钢铁、风电等客户搭建了从传感器到云端的全套系统,目前进入前期导入阶段。 常见的加速度传感器主要有压电陶瓷加速度传感器、应变式加速度传感器、电容式加速度传感器和MEMS加速度传感器,传统的电机振动监测主要选用IEPE电压输出型压电加速度传感器。但随着MEMS技术的不断进步,目前在很多应用上已经开始逐步替代压电式传感器,世健公司技术支持部Eason Huang表示,ADI在MEMS加速度传感器产品上可以提供丰富的产品来满足不同的振动频率监测,同时能保持最好的噪声性能。Eason将ADI公司的ADXL1002与某压电陶瓷加速度传感器公司的B产品进行了对比: 1.性能参数对比 2.灵敏度和相移对比 3.噪声密度对比 经过对比不难发现,两款传感器在灵敏度上非常接近,而ADXL1002随频率的相移相对于对比产品要小一半,底噪上压电陶瓷要比MEMS小一些。在成本方面,Eason介绍,压电陶瓷比MEMS高出许多——$100 vs $30。以下是ADI常用于振动监测的加速度传感器选型: ADI除了MEM加速度传感器,还可以在整个信号采集信号链上提供完整解决方案: 当然,如果想继续选用PZT传感器,ADI也可以提供后续调理和数据采样方案: 除了分立的传感器、信号调理和数据采集方案外,ADI最新推出全集成的单模块解决方案ADcmXL3021,该模块能基于ADXL100x传感器设计,能提供如下优异的监测性能: ر50 g 的测量范围 ØDC ~ 10 KHz的带宽(5%的带内平坦度) Ø高采样的ADC性能,最高支持到220 Ksps Ø支持外部时钟对多传感器信号的同步采集 Ø3.0 ~ 3.6V单电源供电 Ø-40?1?8C ~ 105?1?8C的工作温度 通过对比,我们可以发现ADI的工业级MEMS加速度传感器在温度响应、幅值线性度、冲击极限上都有非常好的性能表现,尤其是在低频的幅频特性,冲击恢复能力、长期可靠性上都会优于压电传感器,通过结合优化机械设计,ADI可以提供性能优异的完整解决方案和成套产品来满足客户的电机健康状态的监测和诊断应用。 Eason表示,作为一家技术型授权代理商,对于电机健康状态监测应用,世健公司可以根据客户的不同需求,提供从MEMS传感器到无线传输(DUST)的全套解决方案,帮助缩短产品开发周期,加快产品应用部署。以上就是电机健康状态监测的MEMS加速度传感器解析,希望能给大家帮助。

    时间:2020-05-25 关键词: mems 传感器 电机健康状态

  • MEMS超声换能器助力中耳感染快速诊断

    MEMS超声换能器助力中耳感染快速诊断

    来源:麦姆斯咨询    据麦姆斯咨询报道,弗劳恩霍夫光子微系统研究所(Fraunhofer IPMS)开发了一种新型MEMS超声换能器,或能很快应用于中耳感染(中耳炎)的快速、可靠诊断。 据麦姆斯咨询报道,弗劳恩霍夫光子微系统研究所(Fraunhofer IPMS)开发了一种新型MEMS超声换能器,或能很快应用于中耳感染(中耳炎)的快速、可靠诊断。目前,美国医疗器械开发商OtoNexus Medical Technologies公司正在和Fraunhofer IPMS合作开发这项创新技术,并将其应用于中耳感染诊断。他们将这款MEMS超声换能器集成在耳镜中,帮助医生诊断中耳感染,确定是否真的需要使用抗生素进行治疗。 对于中耳感染,特别是在婴幼儿发病时,抗生素通常是一种可选择的治疗方案。然而,用于诊断这种疾病的医疗器械已经数十年没有改进。因此,医生只能提供主观、不够可靠的病情诊断。目前,对中耳感染的诊断准确率平均只有50%,尤其是在区分细菌或者病毒感染时。 这意味着许多婴幼儿在没有必要的情况下使用了抗生素。这在另一方面又增加了全球范围内的抗生素耐药性。Fraunhofer IPMS开发的这种新型MEMS超声换能器可以解决这一难题,它采用空气耦合超声传感实现中耳感染的准确诊断。 OtoNexus与Fraunhofer IPMS合作,应用该技术开发了一款新型耳镜。目前,这款医疗器械正在进行临床研究。儿科医生和其他医生能够用它来检查外耳道,特别是耳鼓后方的区域。利用这款耳镜,医生可以在几秒钟内判断患者的中耳是否存在液体,并表征这种液体。这可以帮助医生确定并区分中耳感染的不同阶段,从而选择适当的治疗方案。 回波信号显示感染程度 “经典的传统耳镜是一种光学系统,几十年来一直没有什么改进。”Fraunhofer IPMS物理学家Sandro Koch博士解释说,“通过集成我们的MEMS超声换能器,它既是发射器又是接收器,为耳镜开拓了新的功能。”这款MEMS超声换能器发射超声波脉冲,然后捕获从鼓膜反射的回波信号。根据这些信号,该耳镜可以获得读出数据,从而告诉医生中耳感染的程度。 这款革命性耳镜的核心是基于超声波技术的CMUT芯片 这款创新的传感器设计具有由两个电极组成的电容器,电极之间为充满空气的间隙,通过空气介质运行。“其中一个电极是柔性的,”Koch解释称,“我们利用这个电极的振动来传输超声波脉冲。当这个信号的回波撞击到传感器的柔性膜时,由此产生的振动便可以被转换成可检测的电信号。”利用OtoNexus开发的专有软件可以直接分析这些回波信号。最初的临床研究证实了分析的准确性。换句话说,这款MEMS超声换能器的信号读出,可以为医生提供了可靠的中耳感染诊断。 微型化且适于大批量生产 这款革命性耳镜的核心是一颗电容式MEMS超声换能器(CMUT)芯片。它利用Fraunhofer IPMS开发的MEMS工艺在硅晶圆上生产。因此,这款超声换能器具有低功耗和大规模批量生产的成本优势。“而且,与传统陶瓷压电超声换能器不同,我们的MEMS换能器可以实现微型化。”Koch说,“这是一个重要优势,因为这意味着CMUT芯片可以更容易地集成到耳镜中。” 采用Fraunhofer CMUT芯片的新型耳镜目前处于原型阶段,预计将在近期上市。 超声波技术的主要应用 来源:《医疗、工业和消费类应用的超声波传感技术》 当然,这款MEMS超声换能器的应用还不仅限于医疗领域。例如,这种超声换能器还可以集成进入智能手机和平板电脑以实现手势控制,或安装在车辆中实现对车载信息娱乐系统的手势控制。它们还可以为机器人提供各种功能,例如距离测量等。

    时间:2020-05-23 关键词: mems 医疗电子

  • MEMS传感器怎样提高汽车电子的性能

    MEMS传感器怎样提高汽车电子的性能

      微机电系统(MEMS)技术是通过使用先进的微制造技术将机械器件、传感器和电子组件部署在单个硅基板上而实现。如今,这些技术已经逐渐取代了汽车市场各种车型使用的大部分传感装置,并带来系统在降低成本、持续可靠性(由于固有的稳健性)、空间利用(由于其紧凑的尺寸)以及工作性能等方面相当大的设计优势。   一般而言,汽车中使用的MEMS传感器可分为四类:   加速度计和陀螺仪。   用于测量流量和压力的传感器。   用于车载应用的传感器,包括可改善和监控道路视觉的红外传感器,进行车内温度和空气质量测量的传感器,以及用于平视显示器的微型扫描仪等。   用于汽车雷达的射频传感器。      图1:汽车传感器的图解。   在汽车系统中,通过MEMS传感器可以得到影响汽车运行的许多关键参数,并能够创建较为广泛的控制解决方案。MEMS传感器可应用于安全气囊、防抱死制动系统(ABS)和电子稳定程序(ESP)控制系统、电子控制悬架系统以及众多的驾驶辅助功能。   特别针对汽车应用,应该注意的是当代汽车在复杂性方面已经有了很大的提高,包括集成数量越来越多的安全设备,降低油耗和抑制有害气体的排放,提高驾驶舒适性等复杂功能。   加速度计和陀螺仪   加速度计的用途是测量以重力(G)为单位的加速度值。MEMS器件在具有高噪声源的应用中能够提供高精度。一些器件使用压电(piezoelectric)效应来确定加速度值,这些器件包含微晶体结构,在有加速度力时产生应力,继而产生相应的AC/DC电压。在大多数情况下,设计工程师倾向于选择电容式或热微机电加速度计(thermal micro-electromechanical accelerometer)。但要为其应用选择合适的加速度计,需要考虑几个重要的变量,其中包括传感器结构、谐振、可靠性、稳定性、带宽和功耗等等。   与加速度计不同,陀螺仪传感器测量的是角速度,其单位是每秒度数(°/ s)或每秒转数(rps),角速度仅仅是转速的测量。在选择陀螺仪时,必须考虑可靠性、工作温度范围以及对电磁干扰的潜在敏感性等等,由噪声源引起的误差可能会影响测量精度,并因此影响系统设计。   用于安全气囊控制的碰撞传感器是汽车系统中最经典的应用。它主要由MEMS惯性传感器(加速度计和陀螺仪)组成,加速度计连续测量汽车的加速度,当该参数超过预定阈值时,微控制器单元(MCU)能够计算出加速度的积分值,以确定是否发生了相当大的速度变化。安全气囊中通常采用单/双轴加速度传感器,在某些设计中,也可以使用角速度传感器。   STMicroelectronics的AIS1120SX/AIS2120SX 三轴加速度计具有高测量分辨率和低噪声水平,能够提供不同的工作模式以实现节省能源、系统唤醒等智能功能。这些高G加速度传感器具有完整的信号幅度检测范围,以及扩展的工作温度范围(图3),适用于汽车安全系统中的安全气囊准确部署。意法半导体的产品组合还包括6轴iNEMO 系统,加速度计和陀螺仪传感器都封装在同一芯片内。   ADXRS910是ADI公司基于MEMS技术的陀螺仪,它专为汽车侧翻检测应用而设计。该器件包含一个内部温度传感器,用于补偿失调和灵敏度性能,在- 40℃~+ 105℃的温度范围内具有非常高的稳定性。该陀螺仪可提供±300°/s的完整范围,可通过SPI通信(最高10MHz)进行数据读取。它采用SOIC封装,工作电压为3.3V和5V,工作电流小于20mA(见图4)。   压力和超声波   在汽车系统中,存在不同类型的流体(燃料,发动机油,冷却剂,清洗液等),这些流体需要使用非侵入性且安全可靠的方法监测当前状态或消耗水平。Melexis的MLX90819 MEMS压力传感器采用标准5V电源供电,可用于精准确定各种应用中的流体压力水平,其中包括监控发动机机油、变速箱油和汽车燃油油位、空调系统的冷却液,以及重型汽车制动器中的空气压力等等(见图5)。   高频超声波人耳无法察觉到。在液位测量应用中,反射超声波的单元漂浮在液体表面,传感器安装在容器底部,信号能够连续传输。因此,通过测量声波到达目标,被反射和返回所需的时间,即术语飞行时间(ToF),可以确定液位水平。为了提高超声波传感器的精度,通常引入温度传感器,以便能够在温度变化时精确地计算超声波的速度。超声波还可用于执行流体速度的精确测量。用于汽车的SoC解决方案具有集成的模拟前端(AFE),可替代传统的分立解决方案,在10mm至1m的范围内,可以达到1mm级别的检测精度。德州仪器(TI)的TDC1000是一款完全集成的AFE,用于汽车市场中的超声波液位测量、流体/浓度识别和接近等应用。与MCU结合使用,可以构成完整的超声波检测解决方案。   结论   MEMS技术的许多最重要应用都是在要求更苛刻的汽车市场,这种技术能够降低成本,并提高汽车性能。很明显,基于MEMS的压力传感器、加速度计和其他器件对于提高道路行驶的安全性至关重要,并在即将到来的自动驾驶中起重要作用。   来源:电子创新网

    时间:2020-05-22 关键词: 汽车电子 mems

  • 基于MEMS技术的机器健康解决方案 全面催动全球走向工业 4.0

    基于MEMS技术的机器健康解决方案 全面催动全球走向工业 4.0

    部署基于状态监测的机器健康解决方案,加速全球智能制造走向工业 4.0时代。 全球工业正迎来新一轮变革。无论是德国提出的“工业4.0”,美国的“工业互联网”,还是中国的“中国制造2025”,三者本质上都指向一个核心——智能制造。全球工业变革提速大背景下,现代设备结构越来越复杂、自动化程度也越来越高,随之而来的是日常维护和故障检修难度的水涨船高。 “如何保证设备系统低故障甚至无故障运行,减少因此带来的时间成本和经济成本的损失,成为全球智能制造业需要解决的问题。而随着维修理论和相关技术的发展,基于状态的监测(CBM)被认为是解决上述问题最佳途径。” ADI亚太区工业自动化行业市场部经理于常涛在最近的一场行业交流活动中指出。 ADI亚太区工业自动化行业市场部经理于常涛 从振动及声音监测入手,实现多维度CBM可靠监测 基于状态的监控可以早期检测和实时诊断机器和系统的异常情况。识别并隔离这些问题后,就有机会优化替换件库存、安排停机时间以进行计划中的维护并进行运行时工艺过程调整,从而延长设备的有效使用寿命。对于当前工业状态监测中常用的分析方法,于常涛给出了如下的总结: 振动分析:振动分析是旋转设备(如压缩机,离心泵,电动机)最常用的监测技术。安装的振动传感器可监视轴向,垂直或水平方向的运动,并在运动过度时发送通知; 声音分析:声音分析与振动分析往往相辅相成,是工业领域应用最多的分析方式之一; 红外热成像:物体发出的辐射量随温度增加而增加。肉眼显然无法觉察,但可以通过红外热像仪轻松快速地检测到,不断监视通电设备中的温度不规则性; 振动大量存在于各种工业系统中,基于MEMS技术提供了有效的健康监测 除此之外,还有润滑剂分析,电动机电流分析,外观检查等监测技术存在。“无论是电机、泵还是轴承和编码器,振动都是最常用的深入了解设备健康状况的关键信号。”于常涛强调到,“振动测量还可进一步隔离机械噪声和电气噪声,从而提供额外的数据,改善机器的诊断。”ADI近年来将振动监测作为其占据营收超过20%的工业应用向工业4.0发展的重要一环,并通过行业并购不断丰富包括声音监测在内的全面CBM解决方案组合。 高性能信号链升级,准确数据是振动监测的基本保障 公元132年,振动的原理激发张衡发明了地动仪;1946年,美国的物理学家利比博士利用铯、氨原子的天然振动创造出了迄今最先进的原子钟……振动在生活中无处不在的,在为人类社会带来创新灵感的同时也带来潜在损失甚至灾害性威胁,尤其是工业应用中。“机器在输入能量转化为有用功的过程中均会产生振动,但非正常振动会严重影响工业设备的健康状态,比如降低机械加工的精度和光洁度,加剧构件的疲劳和磨损,缩短机器和结构物的使用寿命、增加能耗、降低机器效率,甚至造成灾难性的事故。”于常涛指出,“当今工业应用中振动监测已经被认为是一种提高工业效率的有效手段,但如何更有效部署是在当前工业走向4.0时代的关键之一。” ADcmXL3021是一个完整的振动监测系统 “ADI推出的基于ADcmXL3021以及ADXL1002等模块产品的无线及有线状态监控解决方案完美解决了这些问题,我们实现了将MEMS振动传感器与精密转换器、线性、隔离和电源技术相结合,已经用于提供高质量机器健康数据,以最大限度地延长机器正常运行时间并提高效率。”于常涛分享道。这种集成的工业级MEMS加速度计产品很好的满足了对性能和稳定可靠性的严苛要求,对比传统的压电陶瓷传感器在DC特性、温漂、成本等方面都有着突出的差异化。 “而像基于ADcmXL3021模块化的完整振动检测系统,更将MEMS的机器健康数据转化为实时可操作的洞察,其将高性能振动检测与多种信号处理功能结合在一个紧凑的外形中,简化了基于状态监测系统的智能传感器节点的开发过程,提高了安全性和降低成本。”于常涛指出。作为一个完整的振动检测系统,ADcmXL3021可简化CBM系统中的智能传感器节点开发,其MEMS加速度计中的典型超低噪声密度(26μg/√Hz)支持出色的分辨率,借助宽带宽(3dB平坦度内为DC至10kHz)可以跟踪许多机器平台上的振动信号。利用这种完整振动检测系统的机器健康状况的深入见解,可以提高生产力和效率,最大限度地延长正常运行时间,加速实现工业 4.0。 基于AI打造数据分析系统功能平台,状态监测解决方案日臻完美 状态监控并不是一种单一技术,而是结合了技术和方案的系统级解决方案,基于在MEMS传感器、信号调理和数据转换技术、带电源组合的处理和通信解决方案等,从而可提供经优化的无线和有线状态监控解决方案。将这些技术集成到可部署的解决方案中需要专业领域的知识,包括资产和应用见解、机械设计和附件等考量因素,以及将信息转换为诊断算法的能力,这将涉及广泛的人工智能技术。 快速增长的人工智能技术将在工业状态监测中提供关键支持 “ADI公司团队在过去20年里一直致力于理解人类是如何解读声音和振动。我们的目标是建立一个系统,能够学习来自设备的声音和振动,破译它们的含义,以检测异常行为并进行诊断。”于常涛指出。他所提到的工业环境下的振动和声音解读是该公司在2018年成功设备健康监测系统公司——OtoSense的设备声音监测体系结构,一种基于人工智能计算机听觉技术让让计算机能够理解设备行为的声音和振动指标。OtoSense系统的设计从人类神经学中获得灵感,能够学习静态声音和瞬态声音,并在靠近传感器的终端进行识别。 该系统适用于任何设备,可以实时工作,无需网络连接。它已被应用于工业应用,支持实现一个可扩展的高效设备健康监测系统。OtoSense系统对声音的处理通过模拟获取、数字转换、特征提取和解读,从而实现对工业设备的健康状态监测。目前,在航空航天、汽车和工业监测应用中,OtoSense技术被越来越多地用于设备健康监测,尤其是在复杂设备监测上该技术都表现出了不错的性能。 ADI最近再次发布加强其工业状态监测技术能力的重大举措——成功并购致力于开发高科技解决方案用于检测各种旋转电机故障的西班牙企业Test Motors,为其CBM解决方案组合提供了新的强大补充。“通过收购Test Motors和OtoSense,ADI的状态监控方案能够为客户提供具备完整的早期异常检测功能的系统。” 于常涛认为。 对于已在状态监控领域实现全局布局的ADI而言,两次重大的并购背后更看重将Test Motors、OtoSense与旗下相关业务整合优化,从而实现1+1》2的效果。例如在硬件上结合MEMS传感器系列(例如ADcmXL3021和ADXL1002)及其高性能信号链,以及SmartMesh无线网络技术,Test Motors的硬件系统将能实现性能的升级,而Test Motors和OtoSense的软件平台和人工智能算法与ADI对状态监测的长期深度研究的技术成果结合,其爆发的整合效应将可能是质的变革,无疑未来工业状态监测解决方案将日臻完美。

    时间:2020-05-15 关键词: mems 工业 4.0 人工智能 智能制造

  • 物联网大热下的传感器有没有改变

    物联网大热下的传感器有没有改变

    全球传感器市场一直保持快速增长,随着经济环境的持续好转,市场对传感器的需求将不断增多。尽管中国传感器制造行业取得长足进步,但与发达国家相比仍存在明显差距。未来我国长安器行业要想取得良好的发展,还需结合当前发展趋势,做出合理布局。 目前,从全球市场看,美国、日本、德国占据全球传感器市场近七成份额,而中国仅占到10%左右。 从产品结构来看,全球传感器市场中CMOS图像传感器(CIS)、MEMS传感器占据传感器市场的半壁江山,成为两大主流趋势。随着物联网、云计算、大数据、人工智能应用的兴起,推动传感技术由单点突破向系统化、体系化的协同创新转变,并成为发达国家和跨国企业布局的战略高地。尽管中国传感器制造行业取得长足进步,但与发达国家相比仍存在明显差距。 可以预见,物联网将在各行业将有越来越多的应用需求出现,并成为未来10、20年瞩目的长期趋势。据机构测算,2020年全球物联网有望影响的下游市场规模将突破3万亿美元,使用因特网的用户总数达44亿人。因此,随着全球物联网进入实质性发展阶段,传感器制造产业将受益于物联网的爆发。 根据预测,未来5年全球传感器市场将保持8%左右的速度增长,到2024年市场规模将会达到3284亿美元。

    时间:2020-05-13 关键词: mems 物联网 传感器

  • MEMS在物联网时代是如何起航的

    MEMS在物联网时代是如何起航的

    随着物联网进入实质性落地阶段,MEMS市场需求增长明显,全球MEMS市场突破100亿美元,复合增速接近20%。本文将从MEMS的发展历史、行业特征、未来前景等方面进行研究。 本文的核心观点有: 1.MEMS传感器发展经历了汽车电子驱动、消费电子驱动和物联网驱动三个发展阶段; 2.据Yole Development预测,全球MEMS市场将在2018年至2023年间达17.5%的年复合平均成长(中国将达到20%以上),2023年市场规模达310亿美元,增速超过半导体市场; 3.IDM企业是MEMS生产的主要统治者,其主要原因是IDM企业可以提供MEMS设计、生产、封装、测试和最后应用支持的一条龙服务。 本文分享的内容作者为潘暕、陈俊杰,文章摘自“天风半导体”,以下带来亿欧智库精选阅读。 1.物联网开拓MEMS应用领域 MEMS是微电路和微机械按功能要求在芯片上的一种集成,是 Micro Electro Mechanical System 的缩写,中文名叫微电子机械系统,也可简称为微机电系统。MEMS基于光刻、腐蚀等传统半导体技术,融入超精密机械加工,并结合力学、化学、光学等学科知识和技术基础,使得一个毫米或微米级的MEMS具备精确而完整的机械、化学、光学等特性结构。 MEMS行业系在集成电路行业不断发展的背景下,传统集成电路无法持续地满足终端应用领域日渐变化的需求而成长起来的。 随着微电子学、微机械学以及其他基础自然科学学科的相互融合,诞生了以集成电路工艺为基础,结合体微加工等技术打造的新型芯片。 随着终端应用市场的扩张,使得MEMS应用越来越广泛,产业规模日渐扩大,日趋成为集成电路行业的一个新分支。 MEMS传感器发展经历了三个阶段: 第一阶段(20世纪80年代末至90年代):汽车电子应用如安全气囊、制动压力、轮胎压力监测系统等需求增长,巨大利润空间驱动欧洲、日本和美国的企业大量研发生产MEMS传感器产品; 第二阶段(2007年以后):消费电子产品如手机、移动互联网设备等要求体积更小且功耗更低的MEMS传感器产品; 第三阶段(物联网的出现):受益于物联网产业的快速发展,MEMS行业带来巨大的发展红利。除了智能手机,MEMS传感器将会在AR/VR、可穿戴等消费电子,智能驾驶、智能工厂、智慧物流、智能家居、环境监测、智慧医疗等物联网领域广泛应用。MEMS是当前移动终端创新的方向,通过对MEMS传感器产品持续改进,最终满足更小、更低能耗、更高性能的需求,才能更加的适用于各种物联网场合。 MEMS行业特点: 集成电路行业处于电子产业链的上游,其发展受到下游终端应用的深刻影响,其行业发展速度与全球经济增速正相关,呈现出周期性的波动趋势。 近年来,随着行业分工的深化,集成电路设计、制造及封测各环节专业化程度显著提高,行业整体能够更加准确的把握需求变动趋势、更有计划地控制产能规模及资本性支出、更加及时地对市场变化 做出反应及修正;同时,集成电路产业在社会其他行业的渗透日益深入,终端消费群体基数庞大,一定程度上抵消了经济周期的影响。 集成电路行业整体的周期性波动日趋平滑。MEMS行业作为基于集成电路技术演化而来的新兴子行业,其周期性与集成电路行业相似;同时由于MEMS技术具有前沿性、创造性,其技术和产品的更新迭代将为下游市场注入活力,并引导下游突破现有瓶颈限制、拓宽终端应用范围,推动社会经济有机增长,故其行业周期性波动风险可得到有效降低。 2.MEMS市场规模及应用前景 1)全球范围: MEMS行业的前景依赖于终端应用市场的发展。近年来,受益于汽车电子、移动互联网、消费电子、医疗电子、光通信、工业控制、仪表仪器等市场的高速成长,MEMS行业发展势头强劲。 据Yole Development预测,MEMS市场将在2018年至2023年间达17.5%的年复合平均成长,2023年市场规模达310亿美元,增速超过半导体市场;射频行业仍在MEMS行业发展中发挥关键作用。 不包括RF,MEMS市场将在2018年至2023年间增长9%。使用RF MEMS器件,CAGR在同一时期达到17.5%。由于与5G相关的复杂性及其带来的频段数量增加,4G / 5G中对RF滤波器的需求不断增加,使得RF MEMS成为增长最快的MEMS领域。 2)中国市场: 在消费电子、工业及汽车应用的巨大市场和快速发展的强力拉动下,中国已经成为过去五年MEMS市场规模发展最快的国家、也是全球最大的电子产品生产基地,在智能手机、平板电脑MEMS产品应用的两个主要领域拥有很强的市场实力。 中国手机出货量位居世界第一,手机OEM产业极大地带动了MEMS传感器的需求,光传感器、运动传感器等各类MEMS传感器供应商均已转战中国市场,中国MEMS传感器产业生态环境逐渐完善。 据Yole Development预测,我国传感器市场将稳步快速发展,增长率将继续保持全球前列,2014至2020年的年复合增长率将达到20%以上。 未来的宏观经济大势正在影响全球,将为我们带来更深入的社会互动、更健康的生活方式以及更安全、低污染的交通运输。这些大趋势将依赖于我们日常生活中不断增长的半导体器件需求。 在MEMS传感器应用领域不断扩张,市场需求快速增长的同时,越来越多的厂商开始进入MEMS传感器领域。 然而,MEMS传感器的研发难度及其制造工艺的复杂性形成了一定的行业壁垒,小供应商很难在较短时间内实现大批量生产制造,排名靠前的大供应商市场份额相对稳定,总体来看,MEMS传感器行业格局相对稳定,市场集中度有待提升。 3.IDM企业主导市场,代工厂未来占据更多市场份额 目前,IDM企业是MEMS生产的主要统治者,其主要原因是IDM企业可以提供MEMS设计、生产、封装、测试和最后应用支持的一条龙服务。 但随着MEMS产品需求量不断增大,尤其是对量大的MEMS产品的生产将成为主流。代工企业具有规模效应,够降低成本、提高毛利率,相比IDM企业在代工环节更具备竞争力。因此,代工企业未来的增长是可以预见的。 近年来,国内下游企业对于MEMS产品的需求持续上升,国内MEMS企业迎来重大发展机遇。

    时间:2020-05-12 关键词: mems 物联网 传感器

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