ADI四款極具市場競爭力的MEMS傳感器產品
發布時間:2013-06-19 責任編輯:Cynthiali
【導讀】ADI在MEMS傳(chuan)感(gan)器(qi)領(ling)域(yu)實(shi)力(li)非(fei)常(chang)強(qiang),很(hen)多(duo)性(xing)能(neng)是(shi)業(ye)內(nei)其(qi)它(ta)公(gong)司(si)所(suo)無(wu)法(fa)企(qi)及(ji)的(de),如(ru)以(yi)下(xia)四(si)款(kuan)產(chan)品(pin)均(jun)在(zai)業(ye)內(nei)極(ji)具(ju)競(jing)爭(zheng)力(li),不(bu)是(shi)尺(chi)寸(cun)最(zui)小(xiao),就(jiu)是(shi)集(ji)成(cheng)度(du)最(zui)高(gao)、功耗最低或具有極高的振動抑製特性/零偏穩定性,看完後,你會使用它們嗎?
第一款是ADI最近推出的針對助聽設計的業界最小MEMS麥克風ADMP801。與駐極體電容麥克風(ECM)等傳統解決方案相比,ADMP801不僅在尺寸上更小(僅7.3立方毫米),而且性能更穩定,不隨時間、溫度和環境變化而改變。其等效輸入噪聲(EIN)低至27 dBA SPL(聲壓級),1 V電源下的功耗僅17 µA,是傳統ECM功耗的幾分之一。
ADMP801MEMS麥克風采用小型表貼封裝,尺寸僅3.35 mm x 2.50 mm x 0.98 mm,兼容回流焊工藝,靈敏度不會降低。

ADI公司醫療保健部門副總裁Pat O’Doherty表示:“助聽應用是MEMS麥克風可以大顯身手的領域,因為它具有小尺寸、高穩定性和極低功耗等特性。然而,以前MEMS麥克風的EIN性能無法達到嚴格的助聽標準。ADMP801 MEMS麥克風的噪聲性能、封裝尺寸、相位和增益穩定性完全滿足高級助聽應用要求,並集成了波束成形技術以幫助定位聲音源。”
ADMP801是一款高質量、超低功耗、模擬輸出、底部收音式全向MEMS麥克風,專門針對助聽應用而設計。它完全兼容貼片和回流工藝,允許利用機械化組裝工藝以節省成本;相比之下,ECM則要求手工組裝工藝。該器件具有出色的環境和時間穩定性,多個ADMP801 MEMS麥克風可以配置為陣列,形成定向響應,從而幫助定位聲音源。
ADMP801全向MEMS麥克風主要特性:1)麥克風EIN:27dBA SPL,2)功耗:17µA (1V);3)響應穩定,不隨時間和溫度而變化;4)封裝體積:7.3立方毫米。
ADMP801目前已量產,1K訂量時,每片價格僅為10.78美元,
第二款是MEMS麥克風ADMP441,它是目前業界集成度最高的MEMS麥克風輸出。與典型的模擬輸出和數字PDM輸出的MEMS麥克風相比,ADMP441可直接提供I2S,無需音頻編碼器,即可和帶有I2S接口的DSP或微控製器對接,信噪比高達61dBA,頻率響應為60Hz-15kHz。它的目標市場:對PCB麵積和成本等均有較高要求的標準音頻采集。
第三款是MEMS加速度計ADXL362,它是目前業界最低功耗的加速度計,1.8uA電流消耗@100Hz數據輸出速率,芯片待機功耗10nA。係統級低功耗設計,自主檢測運動與靜止狀態,無需處理器參與,集成1024字節FIFO,延長處理器休眠時間並準確記錄中斷前加速度變化。它的目標市場:紐扣電池供電或密封產品等對係統功耗有較高要求的應用。
第四款產品是MEMS陀螺儀ADXRS453,它采用四核差分傳感器結構,具有極高的振動抑製特性0.01°/sec/g, 出色的零偏穩定性16°/hour,內置全溫範圍溫度補償,支持3.3V和5V供電,支持SOIC和創新的垂直LCC封裝以方便搭建正交係統。目標市場:在衝擊或振動等惡劣環境下的高性能平台穩定控製和導航。
10大常見問題與解答:(解答者:ADI MEMS FAE Neil Zhao)
Q: 加速度傳感器的測量範圍可達多少,如何針對不同的應用來選擇?
A: 目前的加速度傳感器測量範圍可以分為high g和low g兩種,high g產品的測量範圍可達幾十甚至幾百g,比如ADXL377的測量範圍為200g,ADXL001的測量範圍可達500g。low g產品的測量範圍為幾個g或者十幾個g,比如ADXL362的測量範圍就是±2g/±4g/±8g可選的。對於靜態傾角檢測等應用,1g-2g的測量範圍即可,比如量程為±1.2g的ADXL213或量程為±1.7g的ADXL203均廣泛應用於工業環境下的傾角檢測;對於人體的運動監測,像計步器等應用,2g-4g的測量範圍即可;但如果要監測衝擊或振動,像汽車的安全氣囊等應用,則需要上百g的測量範圍。當然,針對不同的產品設計和實際應用場景,隻有在實際測量後,才能確定準確的量程需求。
Q: MEMS傳感器能承受多大的機械衝擊?
A: 一般MEMS傳感器都會在ABSOLUTE MAXIMUM RATINGS中給出這個指標,通常都在幾千甚至上萬g,比如ADXRS453可耐2000g的加速度衝擊,ADXL362可耐5000g的加速度衝擊,ADMP441可耐10, 000g的加速度衝擊。
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Q: MEMS傳感器能否在高溫條件下應用?
A: 目前,大部分MEMS傳感器最高隻能支持到125°C,隻有加速度計ADXL206可以做到高溫175°C,MEMS陀螺儀和麥克風還沒有能達到這個溫度等級的器件,但隨著MEMS技術的發展,會有越來越多的高溫高性能MEMS傳感器用於上天入地等高溫環境。
Q: 對於電壓輸出型的MEMS加速度計,其輸出電壓和加速度的對應關係是什麼?
A: 實際輸出電壓與加速度計的零偏和靈敏度有關,假設加速度計的輸出為Vout (mV),零偏為V0g (mV),靈敏度為Sensitivity (mV/g),則實際加速度為Acceleration (g) = (Vout – V0g) / Sensitivity,一般加速度計的零偏為Vs/2。
以ADXL203為例,在5V供電時,零偏為2.5V,靈敏度為1000mV/g,當X軸向上有+1g重力加速度時,X軸輸出電壓為2.5V + 1V = 3.5V,如果X軸上有-1g加速度,則對應輸出為2.5V – 1V = 1.5V。
當然在供電電源變化時,零偏和靈敏度都會發生變化,如ADXL203的供電電源為3V時,對應的典型零偏為1.5V,典型靈敏度為560mV/g。
Q: 如何設定ADXRS6xx係列陀螺儀的帶寬?
A: ADXRS6xx係列陀螺儀的帶寬可以通過一個外接電容Cout來設定,截止頻率為。除此外,推薦再接一級RC低通濾波器,以衰減陀螺儀的十幾kHz高頻諧振頻率,第二級濾波器的截止頻率可設定為第一級濾波器的5倍以上。
Q: 加速度傳感器的失調誤差是否需要校正?如果需要,如何校正?
A: 在係統應用中,失調誤差由加速度計本身的零偏誤差、焊(han)接(jie)誤(wu)差(cha)和(he)裝(zhuang)配(pei)誤(wu)差(cha)造(zao)成(cheng),如(ru)果(guo)應(ying)用(yong)關(guan)心(xin)加(jia)速(su)度(du)的(de)絕(jue)對(dui)值(zhi),比(bi)如(ru)傾(qing)角(jiao)測(ce)量(liang),則(ze)需(xu)要(yao)對(dui)係(xi)統(tong)的(de)失(shi)調(tiao)誤(wu)差(cha)進(jin)行(xing)校(xiao)正(zheng)。如(ru)果(guo)應(ying)用(yong)隻(zhi)關(guan)心(xin)加(jia)速(su)度(du)的(de)相(xiang)對(dui)值(zhi),比(bi)如(ru)衝(chong)擊(ji)監(jian)測(ce),則(ze)無(wu)需(xu)對(dui)係(xi)統(tong)的(de)失(shi)調(tiao)誤(wu)差(cha)進(jin)行(xing)校(xiao)正(zheng)。在(zai)校(xiao)正(zheng)失(shi)調(tiao)時(shi),可(ke)以(yi)將(jiang)待(dai)校(xiao)正(zheng)軸(zhou)分(fen)別(bie)置(zhi)於(yu)+1g和-1g方向,則失調Aoffset (g) = 0.5 x (A+1g + A-1g)。
Q: 為什麼說陀螺儀的抗振動抑製特性在係統應用中是最重要的?
A: 在談到陀螺儀時,常用的一個衡量指標是零偏穩定性: °/hr,danzaishijiyingyongchangjingzhong,xitongdouhuishoudaojiasududeyingxiang,jishimeiyoujixiezhendong,yeyouzhonglijiasududeyingxiang,suoyigongyeyongtuoluoyidouhuigeichuqishoujiasuduyingxiangdeshuchu: °/sec/g,以ADXRS453為例,該指標為0.01°/sec/g,其零偏穩定性為16 °/hr。將其與其他高成本高零偏穩定性的陀螺儀進行對比,假設某個器件X零偏穩定性為5°/hr(戰術級陀螺儀),加速度響應輸出為0.1°/sec/g,假設重力加速度對該軸的影響隻有10°的分量,也就是說重力加速度對該軸的影響為1g * sin10° = 0.17g,則ADXRS453與X的響應分別是0.0017°/sec和0.017°/sec,轉換成°/hr,就是6.12°/hr Vs. 61.2°/hr。由於零偏穩定性和線性加速度的影響兩者不相關,所以可得在兩者影響下的平方根和誤差為17.13°/hr (ADXRS453) Vs. 61.4°/hr (X)。由此可見,陀螺儀抗振動抑製指標的重要性。
Q: ADXL345和ADXL350的主要區別是什麼?
A: ADXL345是市場上非常流行的三軸數字輸出加速度計,ADXL350是其下一代產品。與ADXL345相比,ADXL350可以提供極好的溫漂特性,以滿足在戶外等寬溫度範圍的應用場景,不用花費大量的時間去做溫補校正,依然有穩定的零偏輸出,且ADXL350的噪聲特性也優於ADXL345。
Q: 為什麼MEMS麥克風的信噪比非常重要?
A: jiaogaodexinzaobikeyiyunxumaikefengjiancedaogengxiaodeshengyashuiping,huozheshuokeyijiancedaogengyuandeshengyin。yinweimaikefengzaiyinpinxinhaoliandezuiqianduan,suoyimaikefengzishendezaoshenghuiyingxiangzhenggexitong,yigedizaoshengdemaikefengkeyishihouxudexinhaolianchuligengjialinghuo,bingtigaozhenggexitongdexinzaobi。
Q: MEMS產品是否提供評估板及相應的評估軟件?
A: ADI的所有MEMS產品均提供相應的評估板,可以在ADI網站www.analog.com上輸入您關心的產品型號,而後查看評估板套件部分,即可知道有什麼評估方式可供選擇。以ADXL362為例,ADI提供三種評估板,分別是EVAL-ADXL362Z,EVAL-ADXL362Z-MLP和EVAL-ADXL362Z-DB。EVAL-ADXL362Z是將ADXL362焊接在一個小板子上,而後將其引腳引出,方便用戶直接連接自己係統中的處理器,進行評估使用;EVAL-ADXL362Z-MLP是由一個母板和一個子板(EVAL-ADXL362Z-S)組成,可以用來觀測和記錄ADXL362的實時輸出,各種工作模式下的功耗等,且子板上提供一個ADXL362的插座,這樣方便用一套評估係統來評估多顆器件的性能;EVAL-ADXL362Z-DB是帶SD卡存儲器和eink顯示器的低功耗評估開發係統,方便用戶在各種脫離PC的條件下,實時記錄數據以作算法分析,在算法完成後,可以通過評估板上的顯示器實時檢驗算法效果。
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