最近幾代的MEMS技術(shù)已經(jīng)能夠?yàn)楹娇针娮釉O(shè)備提供高度可靠的關(guān)鍵性能，可大幅降低尺寸、重量、功耗(SWAP)和成本。

在航空電子行業(yè)以及其它同樣具有高要求的應(yīng)用中，基于上一代MEMS或其它慣性技術(shù)的傳統(tǒng)解決方案在滿足性能目標(biāo)方面有目共睹。然而，這些技術(shù)在降低成本和其它經(jīng)濟(jì)實(shí)用性方面的進(jìn)步卻非常有限。新一代的航空電子系統(tǒng)承受著改善這些情況的壓力，使設(shè)備制造商面臨著需在無(wú)更優(yōu)技術(shù)可選的情況下完成開(kāi)發(fā)目標(biāo)的挑戰(zhàn)。航空電子設(shè)備集成商目前所面對(duì)的是一個(gè)重大的兩難處境，即維持性能不變的同時(shí)改善SWAP/成本。

縱觀目前整個(gè)電子行業(yè)的慣性MEMS元件，可以看出，這項(xiàng)技術(shù)可分為三大不同的應(yīng)用方向。相應(yīng)的解決方案都源于這些主要應(yīng)用領(lǐng)域之一：軍事、汽車(chē)或消費(fèi)電子。數(shù)十年來(lái)，面向軍事應(yīng)用的技術(shù)一向極為可靠，但在SWAP和成本方面并不靈活。面向消費(fèi)電子的技術(shù)能夠滿足苛刻的成本要求，但在性能和耐用性方面作了明顯的讓步。但是，面向汽車(chē)行業(yè)的技術(shù)針對(duì)苛刻的目標(biāo)而將所有關(guān)鍵參數(shù)進(jìn)行了特別優(yōu)化：性能、耐用性、成本、尺寸、重量和功耗。顯然，各行業(yè)進(jìn)一步發(fā)展的路線圖/潛力都有極大的不同，參見(jiàn)圖1。

新一代航空電子平臺(tái)滿足下文表1中的慣性檢測(cè)系統(tǒng)規(guī)格：

表1. 慣性系統(tǒng)的關(guān)鍵航空電子性能目標(biāo)

ADI MEMS技術(shù)能夠滿足這些要求的一個(gè)重要因素，便是其高度可靠的四核陀螺儀檢測(cè)結(jié)構(gòu)，如圖2所示。此結(jié)構(gòu)可抑制角度檢測(cè)機(jī)制的沖擊和振動(dòng)影響，用于航空電子、汽車(chē)、醫(yī)療和智能彈藥項(xiàng)目中具有良好的口碑。兩對(duì)反相諧振器的對(duì)稱(chēng)特性為非旋轉(zhuǎn)輸入提供了高共模抑制性，同時(shí)依靠高諧振器和高解調(diào)頻率(約18 kHz)提供出色的帶外信號(hào)抑制性能。內(nèi)核傳感器上執(zhí)行可靠線性加速度/振動(dòng)分析，包括掃描高于諧振頻率的信號(hào)范圍，展示了其抑制這類(lèi)干擾的能力。

除了穩(wěn)定的傳感器內(nèi)核設(shè)計(jì)，傳感器信號(hào)調(diào)理的良好匹配與優(yōu)化也同樣重要。基本工作原理是：傳感器元件捕捉真實(shí)運(yùn)動(dòng)(即結(jié)構(gòu)旋轉(zhuǎn))，并將其轉(zhuǎn)換為可測(cè)量的電氣信號(hào)(即電壓)。若不適當(dāng)注意帶寬、時(shí)序、相位、采樣速率、分辨率和其它漂移特性(比如溫度和電壓穩(wěn)定性)，則該轉(zhuǎn)換操作和隨后的處理可能會(huì)不夠精確。這些都有賴(lài)于高級(jí)、可靠的傳感器信號(hào)調(diào)理能力。ADI將其專(zhuān)利的MEMS IP與業(yè)界領(lǐng)先的信號(hào)處理能力相結(jié)合，從而在高性能MEMS領(lǐng)域一枝獨(dú)秀。

ADI慣性測(cè)量單元(IMU)解決了復(fù)雜航空電子系統(tǒng)中慣性傳感器的部署難題，此種部署必須依靠尺寸不同的多種傳感器才能正確識(shí)別復(fù)雜的運(yùn)動(dòng)。iSensor? IMU集成高達(dá)10自由度的檢測(cè)能力，提供全部必要的對(duì)齊、校準(zhǔn)、一階傳感器融合、出廠集成和測(cè)試。

比如說(shuō)， ADIS16485/ADIS16488 iSensor?MEMS慣性測(cè)量單元(IMU)(圖3)是目前航空電子系統(tǒng)所采用的6/10自由度傳感器，滿足一切性能和可靠性目標(biāo)(表2)，SWAP優(yōu)勢(shì)高達(dá)一個(gè)數(shù)量級(jí)。

表2. 航空電子系統(tǒng)性能演示：借助業(yè)界領(lǐng)先的SWAP/ 成本優(yōu)勢(shì)讓新一代產(chǎn)品更進(jìn)一步

經(jīng)驗(yàn)證，該MEMS技術(shù)優(yōu)于FOG慣性技術(shù)。最近我們將ADI ADIS16485 MEMS IMU與一款價(jià)值3萬(wàn)美元的傳統(tǒng)FOGIMU進(jìn)行了橫向?qū)Ρ?，結(jié)果得到了相似的性能等級(jí)。此外，MEMS器件在關(guān)鍵的SWAP和成本參數(shù)上的優(yōu)勢(shì)要高出一個(gè)數(shù)量級(jí)。表3總結(jié)了這項(xiàng)行業(yè)研究的結(jié)果，其中，關(guān)鍵的MEMS航向性能參數(shù)與價(jià)值3萬(wàn)美元的FOG器件的性能差異不到5%。

表3. ADI MEMS技術(shù)縮短了其與FOG和其它 傳統(tǒng)慣性技術(shù)的性能差距，且具有極大的 價(jià)格優(yōu)勢(shì)

在復(fù)雜和惡劣條件下保持關(guān)鍵性能

MEMS IMU設(shè)計(jì)中有三項(xiàng)關(guān)鍵因素，可確保抑制振動(dòng)或其它外來(lái)信號(hào)輸入的相關(guān)錯(cuò)誤運(yùn)動(dòng)偽像。無(wú)論在內(nèi)核傳感器元件、子系統(tǒng)設(shè)計(jì)或是信號(hào)處理中，設(shè)計(jì)要求在本質(zhì)上都需要抑制一切干擾運(yùn)動(dòng)偽像，從而保持復(fù)雜運(yùn)動(dòng)條件下的信號(hào)完整性。為了進(jìn)一步增強(qiáng)性能，iSensor MEMS 子系統(tǒng)在部署時(shí)針對(duì)每一條測(cè)量軸均采用多個(gè)(四通道諧振器)傳感器，其中兩個(gè)傳感器根據(jù)第二對(duì)傳感器進(jìn)行機(jī)械重定向，從而提供一階校正系統(tǒng)，進(jìn)一步消除非旋轉(zhuǎn)引起的輸出信號(hào)，即抑制共模信號(hào)干擾(熱、電和殘留加速度靈敏度)。為了保留內(nèi)核傳感器元件和子系統(tǒng)設(shè)計(jì)所實(shí)現(xiàn)的高性能，該器件以較高的數(shù)據(jù)速率進(jìn)行數(shù)據(jù)處理(充分過(guò)采樣)。

MEMS IMU開(kāi)發(fā)中借鑒了ADI多年的傳感器、信號(hào)處理和應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)，以滿足惡劣的航空電子、汽車(chē)和軍事環(huán)境下的性能與耐用性要求。目前內(nèi)核傳感器為第三代，產(chǎn)品出貨量已超過(guò)1000萬(wàn)片，用于高度可靠的高性能終端應(yīng)用。

ADIS16485內(nèi)核傳感器處理元件將獲得DO178/254 DAL-B認(rèn)證。硬件與軟件均遵循嚴(yán)格的規(guī)范、設(shè)計(jì)、驗(yàn)證和認(rèn)證流程，這些均嚴(yán)格管理并處于配置控制之下。ADI的內(nèi)核慣性檢測(cè)技術(shù)量產(chǎn)已有三十年，而根據(jù)目前和未來(lái)的航空電子、國(guó)防以及工業(yè)應(yīng)用等領(lǐng)域的設(shè)計(jì)需要，其ADIS1648XIMU系列預(yù)計(jì)產(chǎn)品生命周期將遠(yuǎn)在2030年之后。同時(shí)，ADI進(jìn)一步完善其性能領(lǐng)先的SWAP和具有成本優(yōu)勢(shì)的MEMS技術(shù)，將應(yīng)用范圍擴(kuò)大到光纖和傳統(tǒng)軍事慣性檢測(cè)領(lǐng)域。