鑽石舞台

在MEMS領域，ADI有着舉足輕重的地位。世界上第一款成功開發、製造並商用的MEMS加速度計是ADI公司於1991年發布的 ADXL50加速度計。2002年ADI又發布了第一款集成式MEMS陀螺儀ADXRS150，以此為開端，ADI公司建立了龐大的MEMS產品業務和無可匹敵的高可靠性、高性能MEMS產品製造商聲譽。

從1987年開始布局MEMS傳感器，ADI與MEMS技術有着深厚的歷史淵源。上圖顯示了ADI在MEMS器件領域的耕耘。2002年ADI的MEMS Gyro產品一經上市，出貨量便突破1億顆；2017年5月4日ADI發布了一款超低噪聲加速度計產品，該產品的市場應用廣泛，複合年增長率超過50%；2019年，ADI發布了將加速度計、陀螺儀和信號調理集成在一起的芯片級的高集成度IMU產品；2020年ADI發布了路載的降噪系統(RANC)加速度計；2021年ADI發布了一系列High-g值超低功耗的加速度計產品。

時間來到2022年，ADI開啟了自我超越之路。

MEMS作為一種微機電製造技術，可以用它來做慣性MEMS器件、MEMS麥克風、MEMS時鐘、MEMS濾波器，還有MEMS開關等等。在MEMS慣性器件這一細分領域，ADI可以做五大類MEMS運動傳感器：分別是加速度計、陀螺儀、傾斜角監測（Tilt）、衝擊（Shock）、振動監測（Vibration）。

根據Yole Development的報告，2021-2027年，全球MEMS市場規模將從136億美元增長至223億美元，複合增長率達9%。按MEMS終端應用市場劃分，消費電子、工業、通信、汽車、醫療、國防與航空航天市場均將持續增長。在當下蓬勃發展市場需求下，MEMS器件的應用領域正在進一步拓展，呈現多元化、多場景趨勢。而在這其中，影響MEMS器件發展的三大支柱分別是：材料、3D集成、先進封裝。

別看一個小小的MEMS器件，很多MEMS技術需要用到比較前沿的技術發展，「如果沒有良好的技術儲備，做MEMS是比較吃力的，如一些良率的控制方面。而且MEMS的投入是非常大的，每一個工藝節點投入稍微一點點的變化，可能都會對產品最終的性能帶來很大的影響。無論是材料、封裝、wire bonding，各種各樣的工藝節點都要有很周全的考量。所以大公司做MEMS的多一些。」ADI亞太區微機電產品線總監趙延輝在近日的ADI MEMS 2022新品媒體交流會上講到。

會上，ADI一連發布了三款加速度計新產品，這些新產品有何特點，它們的創新之處又在哪裡？

2012年ADI發布了一款超低功耗的加速度計產品ADXL362，市場反響很好，目前行業內鮮少有在低功耗性能領域能與之媲美的產品，現在ADI發布的ADXL367給用戶提供了更低的功耗，更小的體積。

下圖是兩者的對比，ADXL367的尺寸做到了2.2×2.3×0.87mm，數字分辨率由12位提高到14位，工作電流達到0.88μA。在低功耗工作模式下，處於喚醒模式的ADXL367功耗降低到了180nA，供電電壓降低到1.1V。ADXL367在噪聲密度方面也實現了較大的突破，尤其是在超低功耗的模式下，目前三個軸X、Y、Z都做到了375µg/√Hz的水平。由於現在系統複雜度越來越高，所需要融合的傳感器也越來越多，沒有足夠多的接口用來支持SPI，而I2C總線可以掛很多的傳感器，所以ADXL367添加了客戶所需的I2C總線。其他方面，ADXL367內部還集成了溫度傳感器，集成了自檢（self test）功能，例如一些單擊、雙擊的檢測等。

ADXL367與ADXL362的各個性能指標對比一覽

在尺寸方面，ADXL367比ADXL362的面積降低了47%，高度下降了20%。如下圖所示，左邊是ADXL362，右邊是ADXL367。

那麼，ADXL367的功耗究竟能做到多低呢？ADI亞太區微機電產品線總監趙延輝用一個通俗的例子做了解釋：如果用一個紐扣電池來給ADXL367供電，在低功耗模式下，可以使用長達29年；在檢測模式下，可以使用143年。基本上電池每年的自放電大概是1%，而ADXL367器件本身的電流消耗甚至比電池本身的自放電電流還要低。

不僅如此，即使在沒有電池的情況下，任意拿個蔬菜水果就可以使ADXL367進行運動監測。下面是ADI實測的一些水果/蔬菜結構模型，例如用一個土豆就可以讓ADXL367跑起來檢測各種各樣的運動，土豆能夠在100kOhm負載下提供8400nW的功率，即使在低噪聲的情況下，ADXL367的功耗也僅在2000nW以內。

超低功耗的ADXL367有着廣泛的應用空間，主要有五大類應用領域：一是消費類和可穿戴設備，如生命體徵監測、穿戴類、耳機、配飾、衣服、品味名表；二是醫療，如助聽器、慢病管理、除顫儀、呼吸監測、顱腦損傷監測；三是植入式醫療，如起搏器、心臟監視器、神經刺激；四是工業，資產監控、無線傳感節點、儀表、畜牧業監測；五是汽車，智能車鑰匙、事件數據記錄儀。ADXL367非常適合於做持續的在線監測、物聯網以及運動開關等的應用。

2017年ADI發布了一系列低噪聲產品，其中有一類中等量程的產品ADXL356和ADXL357，在農業自動化、無人機領域以及振動領域裡都有非常好的市場反饋。工業領域主要對振動特性和噪聲特性有要求，在滿足這兩大要求的基礎上，ADI正在努力將成本進行進一步優化，推出了更高性價比的ADXL359。

ADXL359主要有三大特點：

一是3軸中等量程：在振動類的市場上，幾百g或者是大幾十g的產品，ADI的ADXL100X系列已經滿足了。而中等量程的又能滿足ISO10816、20816這樣的產品，市場上還少有。為了填補市場空白，ADXL359提供±10g, ±20g, ±40g的量程可選範圍。對於條件狀態檢測所需的1000Hz帶寬要求也是滿足的。另外是在噪聲密度方面，ADXL359的所有軸都做到了80µg/√Hz，是超低噪聲技術的延續。溫度範圍從-40°C 擴展到125°C。

二是具有出色的穩定性：它具有±0.45mg/°C零點溫和±0.015%/°C靈敏度溫漂，在7.5grms振動條件下，具有小於0.1g振動整流誤差。

三是添加了一些附加功能：如可編程的高通濾波器，支持外同步，內置FIFO等等。

針對汽車和工業等新興領域，ADI正在不斷探索MEMS慣性器件的更多應用。譬如在汽車領域，一些胎壓檢測、電動車電池監測、碰撞檢測都應用都需要添加加速度計的支持，此外，自2022年1月1日之後規定，新生產的乘用車要帶事件數據記錄儀（EDR）的功能。

對此為了能夠滿足汽車領域的這些新需求，ADI推出了車規級低功耗大量程加速度計產品：ADXL314。

汽車領域的半導體產品對安全性和可靠性有着更苛刻的要求，ADXL314完全滿足AEC-Q100 驗證，溫度範圍可從–40°C擴展到125°C，量程達到200g（一般將超過70g量程的稱作是High-g，用來做碰擊或是衝撞等比較大的加速度變化的應用；10g-40g或70g屬於中等量程middle-g，主要用來做一些振動條件下的加速度判斷；10g以下的屬於low-g，主要做人體的判斷如跌倒或者是傾角的判斷）。ADXL314有低和高兩種數據速率，分別是50μA/170μA工作電流；它的最高輸出數據速率可以到3200Hz，這樣做的好處是能準確的將碰撞瞬間的脈衝捕捉下來。

ADXL314除了可以用於胎壓監測、電動車電池監測、碰撞檢測，EDR等汽車多應用場景之外，它還具有一些附加特性，如集成了相對/絕對的運動/靜止檢測中斷，集成式存儲器管理系統採用32級先進先出(FIFO)緩衝器，以及可耐10,000g加速度衝擊等等。

綜上，可以看出，ADI的MEMS產品發展邏輯主要有兩大主線：一是，在過往產品的基礎上不斷優化升級，追求性能的極致提升，如功耗更低的ADXL367和更高性價比ADXL359；二是，緊抓產業發展新潮流，探索新興領域的廣闊空間，如服務於新興市場的ADXL314。但無論是哪種發展方向，一個不變的基調是，ADI最主要考慮是在技術硬核上，能否真正解決客戶的痛點。(本文內容由半導體行業觀察杜芹原創)

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