【導(dǎo)讀】ADI在MEMS傳感器領(lǐng)域?qū)嵙Ψ浅?qiáng)，很多性能是業(yè)內(nèi)其它公司所無(wú)法企及的，如以下四款產(chǎn)品均在業(yè)內(nèi)極具競(jìng)爭(zhēng)力，不是尺寸最小，就是集成度最高、功耗最低或具有極高的振動(dòng)抑制特性/零偏穩(wěn)定性，看完后，你會(huì)使用它們嗎？
第一款是ADI最近推出的針對(duì)助聽設(shè)計(jì)的業(yè)界最小MEMS麥克風(fēng)ADMP801。與駐極體電容麥克風(fēng)(ECM)等傳統(tǒng)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(wěn)定，不隨時(shí)間、溫度和環(huán)境變化而改變。其等效輸入噪聲(EIN)低至27 dBA SPL（聲壓級(jí)），1 V電源下的功耗僅17 µA，是傳統(tǒng)ECM功耗的幾分之一。
ADMP801MEMS麥克風(fēng)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(huì)降低。
ADI公司醫(yī)療保健部門副總裁Pat O’Doherty表示：“助聽?wèi)?yīng)用是MEMS麥克風(fēng)可以大顯身手的領(lǐng)域，因?yàn)樗哂行〕叽纭⒏叻€(wěn)定性和極低功耗等特性。然而，以前MEMS麥克風(fēng)的EIN性能無(wú)法達(dá)到嚴(yán)格的助聽標(biāo)準(zhǔn)。ADMP801 MEMS麥克風(fēng)的噪聲性能、封裝尺寸、相位和增益穩(wěn)定性完全滿足高級(jí)助聽?wèi)?yīng)用要求，并集成了波束成形技術(shù)以幫助定位聲音源。”
ADMP801是一款高質(zhì)量、超低功耗、模擬輸出、底部收音式全向MEMS麥克風(fēng)，專門針對(duì)助聽?wèi)?yīng)用而設(shè)計(jì)。它完全兼容貼片和回流工藝，允許利用機(jī)械化組裝工藝以節(jié)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(huán)境和時(shí)間穩(wěn)定性，多個(gè)ADMP801 MEMS麥克風(fēng)可以配置為陣列，形成定向響應(yīng)，從而幫助定位聲音源。
ADMP801全向MEMS麥克風(fēng)主要特性：1）麥克風(fēng)EIN：27dBA SPL，2）功耗：17µA (1V)；3）響應(yīng)穩(wěn)定，不隨時(shí)間和溫度而變化；4）封裝體積：7.3立方毫米。
ADMP801目前已量產(chǎn)，1K訂量時(shí)，每片價(jià)格僅為10.78美元，
第二款是MEMS麥克風(fēng)ADMP441，它是目前業(yè)界集成度最高的MEMS麥克風(fēng)輸出。與典型的模擬輸出和數(shù)字PDM輸出的MEMS麥克風(fēng)相比，ADMP441可直接提供I2S，無(wú)需音頻編碼器，即可和帶有I2S接口的DSP或微控制器對(duì)接，信噪比高達(dá)61dBA，頻率響應(yīng)為60Hz-15kHz。它的目標(biāo)市場(chǎng)：對(duì)PCB面積和成本等均有較高要求的標(biāo)準(zhǔn)音頻采集。
第三款是MEMS加速度計(jì)ADXL362，它是目前業(yè)界最低功耗的加速度計(jì)，1.8uA電流消耗@100Hz數(shù)據(jù)輸出速率，芯片待機(jī)功耗10nA。系統(tǒng)級(jí)低功耗設(shè)計(jì)，自主檢測(cè)運(yùn)動(dòng)與靜止?fàn)顟B(tài)，無(wú)需處理器參與，集成1024字節(jié)FIFO，延長(zhǎng)處理器休眠時(shí)間并準(zhǔn)確記錄中斷前加速度變化。它的目標(biāo)市場(chǎng)：紐扣電池供電或密封產(chǎn)品等對(duì)系統(tǒng)功耗有較高要求的應(yīng)用。
第四款產(chǎn)品是MEMS陀螺儀ADXRS453，它采用四核差分傳感器結(jié)構(gòu)，具有極高的振動(dòng)抑制特性0.01°/sec/g, 出色的零偏穩(wěn)定性16°/hour，內(nèi)置全溫范圍溫度補(bǔ)償，支持3.3V和5V供電，支持SOIC和創(chuàng)新的垂直LCC封裝以方便搭建正交系統(tǒng)。目標(biāo)市場(chǎng)：在沖擊或振動(dòng)等惡劣環(huán)境下的高性能平臺(tái)穩(wěn)定控制和導(dǎo)航。
10大常見問(wèn)題與解答：（解答者：ADI MEMS FAE Neil Zhao）
Q: 加速度傳感器的測(cè)量范圍可達(dá)多少，如何針對(duì)不同的應(yīng)用來(lái)選擇？
A: 目前的加速度傳感器測(cè)量范圍可以分為high g和low g兩種，high g產(chǎn)品的測(cè)量范圍可達(dá)幾十甚至幾百g，比如ADXL377的測(cè)量范圍為200g，ADXL001的測(cè)量范圍可達(dá)500g。low g產(chǎn)品的測(cè)量范圍為幾個(gè)g或者十幾個(gè)g，比如ADXL362的測(cè)量范圍就是±2g/±4g/±8g可選的。對(duì)于靜態(tài)傾角檢測(cè)等應(yīng)用，1g-2g的測(cè)量范圍即可，比如量程為±1.2g的ADXL213或量程為±1.7g的ADXL203均廣泛應(yīng)用于工業(yè)環(huán)境下的傾角檢測(cè)；對(duì)于人體的運(yùn)動(dòng)監(jiān)測(cè)，像計(jì)步器等應(yīng)用，2g-4g的測(cè)量范圍即可；但如果要監(jiān)測(cè)沖擊或振動(dòng)，像汽車的安全氣囊等應(yīng)用，則需要上百g的測(cè)量范圍。當(dāng)然，針對(duì)不同的產(chǎn)品設(shè)計(jì)和實(shí)際應(yīng)用場(chǎng)景，只有在實(shí)際測(cè)量后，才能確定準(zhǔn)確的量程需求。
Q: MEMS傳感器能承受多大的機(jī)械沖擊？
A: 一般MEMS傳感器都會(huì)在ABSOLUTE MAXIMUM RATINGS中給出這個(gè)指標(biāo)，通常都在幾千甚至上萬(wàn)g，比如ADXRS453可耐2000g的加速度沖擊，ADXL362可耐5000g的加速度沖擊，ADMP441可耐10, 000g的加速度沖擊。
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Q: MEMS傳感器能否在高溫條件下應(yīng)用？
A: 目前，大部分MEMS傳感器最高只能支持到125°C，只有加速度計(jì)ADXL206可以做到高溫175°C，MEMS陀螺儀和麥克風(fēng)還沒有能達(dá)到這個(gè)溫度等級(jí)的器件，但隨著MEMS技術(shù)的發(fā)展，會(huì)有越來(lái)越多的高溫高性能MEMS傳感器用于上天入地等高溫環(huán)境。
Q: 對(duì)于電壓輸出型的MEMS加速度計(jì)，其輸出電壓和加速度的對(duì)應(yīng)關(guān)系是什么？
A: 實(shí)際輸出電壓與加速度計(jì)的零偏和靈敏度有關(guān)，假設(shè)加速度計(jì)的輸出為Vout (mV)，零偏為V0g (mV)，靈敏度為Sensitivity (mV/g)，則實(shí)際加速度為Acceleration (g) = (Vout – V0g) / Sensitivity，一般加速度計(jì)的零偏為Vs/2。
以ADXL203為例，在5V供電時(shí)，零偏為2.5V，靈敏度為1000mV/g，當(dāng)X軸向上有+1g重力加速度時(shí)，X軸輸出電壓為2.5V + 1V = 3.5V，如果X軸上有-1g加速度，則對(duì)應(yīng)輸出為2.5V – 1V = 1.5V。
當(dāng)然在供電電源變化時(shí)，零偏和靈敏度都會(huì)發(fā)生變化，如ADXL203的供電電源為3V時(shí)，對(duì)應(yīng)的典型零偏為1.5V，典型靈敏度為560mV/g。
Q: 如何設(shè)定ADXRS6xx系列陀螺儀的帶寬?
A: ADXRS6xx系列陀螺儀的帶寬可以通過(guò)一個(gè)外接電容Cout來(lái)設(shè)定，截止頻率為。除此外，推薦再接一級(jí)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(jí)濾波器的截止頻率可設(shè)定為第一級(jí)濾波器的5倍以上。
Q: 加速度傳感器的失調(diào)誤差是否需要校正？如果需要，如何校正？
A: 在系統(tǒng)應(yīng)用中，失調(diào)誤差由加速度計(jì)本身的零偏誤差、焊接誤差和裝配誤差造成，如果應(yīng)用關(guān)心加速度的絕對(duì)值，比如傾角測(cè)量，則需要對(duì)系統(tǒng)的失調(diào)誤差進(jìn)行校正。如果應(yīng)用只關(guān)心加速度的相對(duì)值，比如沖擊監(jiān)測(cè)，則無(wú)需對(duì)系統(tǒng)的失調(diào)誤差進(jìn)行校正。在校正失調(diào)時(shí)，可以將待校正軸分別置于+1g和-1g方向，則失調(diào)Aoffset (g) = 0.5 x (A+1g + A-1g)。
Q: 為什么說(shuō)陀螺儀的抗振動(dòng)抑制特性在系統(tǒng)應(yīng)用中是最重要的？
A: 在談到陀螺儀時(shí)，常用的一個(gè)衡量指標(biāo)是零偏穩(wěn)定性: °/hr，但在實(shí)際應(yīng)用場(chǎng)景中，系統(tǒng)都會(huì)受到加速度的影響，即使沒有機(jī)械振動(dòng)，也有重力加速度的影響，所以工業(yè)用陀螺儀都會(huì)給出其受加速度影響的輸出: °/sec/g，以ADXRS453為例，該指標(biāo)為0.01°/sec/g，其零偏穩(wěn)定性為16 °/hr。將其與其他高成本高零偏穩(wěn)定性的陀螺儀進(jìn)行對(duì)比，假設(shè)某個(gè)器件X零偏穩(wěn)定性為5°/hr（戰(zhàn)術(shù)級(jí)陀螺儀），加速度響應(yīng)輸出為0.1°/sec/g，假設(shè)重力加速度對(duì)該軸的影響只有10°的分量，也就是說(shuō)重力加速度對(duì)該軸的影響為1g * sin10° = 0.17g，則ADXRS453與X的響應(yīng)分別是0.0017°/sec和0.017°/sec，轉(zhuǎn)換成°/hr，就是6.12°/hr Vs. 61.2°/hr。由于零偏穩(wěn)定性和線性加速度的影響兩者不相關(guān)，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(dòng)抑制指標(biāo)的重要性。
Q: ADXL345和ADXL350的主要區(qū)別是什么？
A: ADXL345是市場(chǎng)上非常流行的三軸數(shù)字輸出加速度計(jì)，ADXL350是其下一代產(chǎn)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范圍的應(yīng)用場(chǎng)景，不用花費(fèi)大量的時(shí)間去做溫補(bǔ)校正，依然有穩(wěn)定的零偏輸出，且ADXL350的噪聲特性也優(yōu)于ADXL345。
Q: 為什么MEMS麥克風(fēng)的信噪比非常重要？
A: 較高的信噪比可以允許麥克風(fēng)檢測(cè)到更小的聲壓水平，或者說(shuō)可以檢測(cè)到更遠(yuǎn)的聲音。因?yàn)辂溈孙L(fēng)在音頻信號(hào)鏈的最前端，所以麥克風(fēng)自身的噪聲會(huì)影響整個(gè)系統(tǒng)，一個(gè)低噪聲的麥克風(fēng)可以使后續(xù)的信號(hào)鏈處理更加靈活，并提高整個(gè)系統(tǒng)的信噪比。
Q: MEMS產(chǎn)品是否提供評(píng)估板及相應(yīng)的評(píng)估軟件？
A: ADI的所有MEMS產(chǎn)品均提供相應(yīng)的評(píng)估板，可以在ADI網(wǎng)站www.analog.com上輸入您關(guān)心的產(chǎn)品型號(hào)，而后查看評(píng)估板套件部分，即可知道有什么評(píng)估方式可供選擇。以ADXL362為例，ADI提供三種評(píng)估板，分別是EVAL-ADXL362Z，EVAL-ADXL362Z-MLP和EVAL-ADXL362Z-DB。EVAL-ADXL362Z是將ADXL362焊接在一個(gè)小板子上，而后將其引腳引出，方便用戶直接連接自己系統(tǒng)中的處理器，進(jìn)行評(píng)估使用；EVAL-ADXL362Z-MLP是由一個(gè)母板和一個(gè)子板（EVAL-ADXL362Z-S）組成，可以用來(lái)觀測(cè)和記錄ADXL362的實(shí)時(shí)輸出，各種工作模式下的功耗等，且子板上提供一個(gè)ADXL362的插座，這樣方便用一套評(píng)估系統(tǒng)來(lái)評(píng)估多顆器件的性能；EVAL-ADXL362Z-DB是帶SD卡存儲(chǔ)器和eink顯示器的低功耗評(píng)估開發(fā)系統(tǒng)，方便用戶在各種脫離PC的條件下，實(shí)時(shí)記錄數(shù)據(jù)以作算法分析，在算法完成后，可以通過(guò)評(píng)估板上的顯示器實(shí)時(shí)檢驗(yàn)算法效果。
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