不走寻常路 ADI推战术级MEMS

ADI公司：以先进设计理念促高校人才发展佚名【摘要】近日，全球领先的高性能信号处理解决方案供应商和数据转换器市场份额领先者ADI公司（Analog Device，Inc．）联合华中科技大学举办的ADI 2012冬令营圆满落幕。

来自全国多所高校的40位电子爱好者参加了此次冬令营活动，接受了ADI公司工程师带来的国际先进技术和设计理念。

ADI公司的冬令营活动是企业向高校传递先进的工程技术和经验，为填补中国高校教学与企业实际生产之间的空白贡献一份力量。

【期刊名称】《微型机与应用》【年(卷),期】2012(031)006【总页数】1页(P3-3)【关键词】ADI公司;高校教学;设计理念;人才;Device;华中科技大学;工程技术;数据转换器【正文语种】中文【中图分类】TN792近日，全球领先的高性能信号处理解决方案供应商和数据转换器市场份额领先者ADI公司（Analog Device,Inc.）联合华中科技大学举办的ADI 2012冬令营圆满落幕。

来自全国多所高校的40位电子爱好者参加了此次冬令营活动，接受了ADI 公司工程师带来的国际先进技术和设计理念。

ADI公司的冬令营活动是企业向高校传递先进的工程技术和经验，为填补中国高校教学与企业实际生产之间的空白贡献一份力量。

ADI公司冬令营活动始于2011年，今年是第二届。

为期三天的冬令营活动吸引了来自华中科技大学、西安电子科技大学、哈尔滨工业大学、中国科学技术大学、西安交通大学、北京航空航天大学等名校的40名优秀学子。

本着紧跟前沿科技，贴近生产实践的原则，本届活动的主题定为近年来在消费电子领域备受关注的MEMS技术应用。

活动的主要环节包括：ADI公司应用工程师讲解MEMS技术基础知识和应用，并布置MEMS相关设计任务；营员们按照分组，利用两天的时间完成5项MEMS相关应用设计；为了检验本次培训的效果，由ADI公司的工程师与华中科技大学教师组成的评委小组对所有学生的设计作品进行验收和点评。

传感器领域大作：ADI公司的革命性MEMS开关技术基本原理本文介绍ADI公司突破性的微机电系统(MEMS)开关技术。

与传统机电继电器相比，ADI公司的MEMS开关技术使RF和DC开关性能、可靠性及小型化实现了跨越式发展。

简介过去30年来，MEMS开关一直被标榜为性能有限的机电继电器的出色替代器件，因为它易于使用，尺寸很小，能够以极小的损耗可靠地传送0 Hz/dc至数百GHz信号，有望彻底改变电子系统的实现方式。

这种性能优势会对大量不同的设备和应用产生重要影响。

在MEMS开关技术的帮助下，很多领域都将达到前所未有的性能水准和尺寸规格，包括电气测试与测量系统、防务系统应用、医疗保健设备。

目前的开关技术都或多或少存在缺点，没有一种技术是理想解决方案。

继电器的缺点包括带宽较窄、动作寿命有限、通道数有限以及封装尺寸较大。

与继电器相比，MEMS技术一直就有实现最高水平RF开关性能的潜力，其可靠性要高出好几个数量级，而且尺寸很小。

但是，难以通过大规模生产来大批量提供可靠产品的挑战，让许多试图开发MEMS开关技术的公司停滞不前。

Foxboro Company是最早开始MEMS开关研究的公司之一，其于1984年申请了世界最早的机电开关专利之一。

ADI公司自1990年开始通过一些学术项目涉足MEMS开关技术研究。

到1998年，ADI公司终于开发出一种MEMS开关设计，并根据该设计制作了一些早期原型产品。

2011年，ADI公司大幅增加了MEMS开关项目投入，从而推动了自有先进MEMS开关制造设施的建设。

现在，ADI公司已能够满足业界一直以来的需求：量产、可靠、高性能、小尺寸的MEMS开关取代衰老的继电器技术。

ADI公司与MEMS技术有着深厚的历史渊源。

世界上第一款成功开发、制造并商用的MEMS加速度计是ADI公司于1991年发布的ADXL50 加速度计。

ADI公司于2002年发布第一款集成式MEMS陀螺仪ADXRS150。

MEMS陀螺工作原理及其性能提升方法
王小旭;陈圳南;晏恺晨;李睿;张奥;王玺全;王宇鹏;卢乾波
【期刊名称】《导航定位与授时》
【年(卷),期】2024(11)2
【摘要】MEMS陀螺是一种应用广泛的新型微惯性传感器,可实现高精度、小体积、抗干扰性强的角速度测量,被广泛应用于航空航天、平台钻井、自动驾驶、可穿戴
设备以及手机中。

近年来,随着对MEMS陀螺研究的不断深入,许多新型MEMS陀螺的工作原理被提出,由于测量原理的不同,其性能差异往往很大。

本文旨在解决对MEMS陀螺的工作模式缺少系统性综述的问题,根据陀螺最终的读出技术,将MEMS陀螺的工作模式分为调幅、全角以及调频模式。

在系统介绍其工作原理的
基础上,详细讨论了各种工作模式下MEMS陀螺的性能提升方法。

最后还介绍了各类MEMS陀螺的发展趋势,并结合各模式特性对MEMS陀螺的发展做出了展望。

【总页数】20页(P9-27)
【作者】王小旭;陈圳南;晏恺晨;李睿;张奥;王玺全;王宇鹏;卢乾波
【作者单位】西北工业大学自动化学院;西北工业大学柔性电子研究院;西北工业大
学宁波研究院
【正文语种】中文
【中图分类】V241.5
【相关文献】
1.闭环光纤陀螺精度性能提升方法研究
2.变分模态分解组合广义形态滤波器的MEMS陀螺仪去噪方法
3.高加速度条件下的MEMS IMU陀螺仪误差标定方法
4.基于刚度轴偏角预估机制的MEMS多环谐振陀螺全闭环控制方法
5.基于MEEMD 的MEMS陀螺仪降噪方法
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FeaturesPrecision 6-DOF MEMS Inertial Measurement Unit Silicon Sensing’s latest VSG3Q MAX inductive gyroand capacitive accelerometer MEMSExcellent Bias Instability and Random WalkAngular - 0.1°/hr, 0.02°/√hrLinear - 15μg, 0.05m/s/√hrNon-ITARCompact and lightweight - 68.5 x 61.5 x 65.5H (mm), 345gInternal power conditioning to accept 4.75V to 36V input voltageRS422 interfaces-40°C to +85°C operating temperature range Sealed aluminium housingRoHS compliantIn-house manufacture from MEMS fabrication to IMU calibrationEvaluation kit and integration resources availableFirst class customer technical supportFuture developments and expansion capabilityMulti sensor MEMS blendingLow power ‘sleep’ modeAdditional sensor integration - GPS/Magnetometer/BarometerNorth fi nding modeAHRS functionalityOther interface protocols and specifi cationsCustom and host application integrationDMU30-01 IMU DMU30 Evaluation Kit DMU30 Mating ConnectorFigure 5.3 Gyro Scale Factor Errorover TemperatureFigure 5.5 Gyro Max Non-Linearity Error (±490°/s range) over Temperature Figure 5.4 Normalised Gyro Scale Factor Errorover TemperatureFigure 5.6 Gyro Max Non-Linearity Error (±200°/s range) over TemperatureFigure 5.1 Gyro Bias Error (°/h) over Temperature Figure 5.2 Normalised Gyro Bias Error (°/h)over TemperatureFigure 5.11 Accelerometer Scale Factor Error (±1g range) over Temperature(Plymouth g = 9.81058m/s/s)Figure 5.10 Normalised AccelerometerBias Error (mg) over TemperatureFigure 5.12 Normalised Accelerometer Scale Factor Error (±1g range) over TemperatureFigure 5.7 Gyro Noise (°/srms) vs Test Chamber Temperature Figure 5.8 Gyro Misalignments and Crosscoupling (±200°/s range) over Chamber TemperatureFigure 5.15 current Consumption vs Chamber Temperature (12V supply)Figure 5.16 DMU30 Temperature Output Difference (°/C) vs Test Temperature (self heating)Figure 5.17 Gyro Allan Variance Figure 5.14 Accelerometer Misalignments and Crosscoupling over TemperatureFigure 5.18 Gyro In Run StabilityFigure 5.21 Accelerometer Allan Variance Figure 5.23 Accelerometer Spectral DataFigure 5.22 Accelerometer In Run Stability Figure 5.24 Accelerometer Cumulative Noise Figure 5.20 Gyro Cumulative NoiseFigure 5.19 Gyro Spectral DataFigure 8.1 DMU30 Evaluation Kit8.1.1 DMU30 Evaluation Kit ContentsFigure 9.1 DMU30 LabelSER NO. YYWWXXXX CCMADE IN PLYMOUTH UKFigure 11.1 Axis De In order to minimise the requirement for size effectcompensation the accelerometer seismic masses have been located as close as possible to the centre of the DMU30 (the inertial reference point shown in Figure 11.2).61.5 M A X68.5 MAXExperts on Design-Infor sensors and power solutionsScan here and get an overview of personal contacts!We are here for you. Addresses and Contacts.Headquarter Switzerland:Angst+Pfister Sensors and Power AG Thurgauerstrasse 66CH-8050 ZurichPhone +41 44 877 35 00*********************************Office Germany:Angst+Pfister Sensors and Power Deutschland GmbH Edisonstraße 16D-85716 UnterschleißheimPhone +49 89 374 288 87 00************************************。

ADI公司的ADcmXL3021是完整的振动检测系统,组合了高性能振动检测(采用微机电系统(MEMS)加速度计)和多种信号处理功能,从而简化基于状态的监测(CBM)系统的智能传感器节点的开发.MEMS加速度计的典型超低噪音(26μg/√Hz)支持极好的分辨率.宽带款(DC-10kHz 3dB平坦度)可跟踪许多机器平台的关键振动信号.信号处理包括高速数据取样(220 kSPS),4096时间样本记录长度,滤波,视窗,快速傅立叶变换(FFT), 用户可配置频谱或, 时间统计报警和误差标志.串行外设接口(SPI)提供存取寄存器架构,它包含了振动数据和各种用户配置功能.测量范围 ±50 g.ADcmXL3021为23.7mmx27.0mmx12.4mm铝封装.工作电压仅为3.3V,支持工作温度−40℃到 +105℃.主要用在振荡分析,CBM系统,机器运行状况,仪表和诊断以及安全检测.本文介绍了ADcmXL3021主要特性,评估板EVAL-ADCM优势和特点,电路图和PCB设计图.The ADcmXL3021 is a complete vibration sensing system that combines high with a variety of signal processing functions to simplify thedevelopment of smart sensor nodes in condition-based monitoring (CBM) systems. The typical ultralow noise density (26 μg/√Hz) in the MEMSaccelerometers supports excellent resolution. The wide bandwidth (dc to 10 kHz within 3 dB flatness) enables tracking of key vibration signatures on many machine platforms. The signal processing includes high speed data sampling (220 kSPS), 4096 time sample record lengths, filtering,windowing, fast Fourier transform (FFT), user configurable spectral or time statistic alarms, and error flags.The serial peripheral interface (SPI) provides access to a registerstructure that contains the vibration data and a wide range of userconfigurable functions.The ADcmXL3021 is available in a 23.7 mm × 27.0 mm × 12.4 mmaluminum package with four mounting flanges to support installation with standard machine screws. This package provides consistent mechanicalcoupling to the core sensors over a broad frequency range. The electrical interface is through a 14-pin connector on a 36 mm flexible cable, whichenables a wide range of location and orientation options for system mating connectors. The ADcmXL3021 requires only a single, 3.3 V power supplyand supports an operating temperature range of −40℃ to +105℃. ADcmXL3021主要特性:Triaxial, digital output MEMS vibration sensing module±50 g measurement rangeUltralow output noise density, 26 μg/√Hz (MTC mode)Wide bandwidth: dc to 10 kHz within 3 dB flatness (RTS mode) Embedded fast data sampling: 220 kSPS per axis6 digital FIR filters, 32 taps (coefficients), default options:High-pass filter cutoff frequencies: 1 kHz, 5 kHz, 10 kHzLow-pass filter cutoff frequencies: 1 kHz, 5 kHz, 10 kHzUser configurable digital filter option (32 coefficients)ADI ADcmXL3021宽带低噪声三轴振动传感器解决方案Spectral analysis through internal FFTExtended record length: 2048 bins per axis with user configurable bin sizes from 0.42 Hz to 53.7 Hz Manual or timer-based (automatic) triggering Windowing options: rectangular, Hanning, flat top FFT record averaging, configurable up to 255 records Spectral defined alarm monitoring, 6 alarms per axis Time domain capture with statistical metrics Extended record length: 4096 samples per axisMean, standard deviation, peak, crest factor, skewness, and kurtosis Configurable alarm monitoringReal-time data streaming: 220 kSPS on each axis Burst mode communication with CRC-16 error checking Storage: 10 data records for each axis On demand self test with status flagsSleep mode with external and timer driven wakeup Digital temperature and power supply measurements SPI-compatible serial interface Identification registers: factory preprogrammed serialnumber, device ID, user programmable ID Single-supply operation: 3.0 V to 3.6 VOperating temperature range: −40℃ to +105℃Automatic shutdown at 125℃ (junction temperature)23.7 mm × 27.0 mm × 12.4 mm aluminum package 36 mm flexible, 14-pin connector interface Mass: 13 gADcmXL3021应用:Vibration analysis CBM systems Machine healthInstrumentation and diagnostics Safety shutoff sensing图1:ADcmXL3021 MEMS 传感器框图ADcmXL3021评估板EVAL-ADCMThe EVAL-ADCM is a simple to use kit that allows quick performance evaluation of Analog Devices 3-axis, digital output MEMS vibration sensing module. The ADcmXL3021 module consists of 3 single axis, ultra low noise, high bandwidth ADXL1002 accelerometers, a fully implemented signalchain and MCU to incorporate configurable digital FIR filters, spectralanalysis through internal FFT, configurable alarm monitoring, and timedomain capture and statistical analysis. The EVAL-ADCM is ideal forevaluation of the ADcmXL3021 vibration sensing module since the kitreadily provides full spectrum experience of all features of the module.评估板EVAL-ADCM优势和特点:The EVAL-ADCM kit includes one ADcmXL3021 moduleEasily connects to PC for full features evaluationEvaluation software for effortless configuration of the module, register setup, data display and data loggingHigh-speed SPI to USB adaptor for high data rate Real Time Streaming (RTS)图2:评估板EVAL-ADCM外形图。

MEMS加速汽车电子产业快速发展在中国市场，政府正在不遗余力得加大对汽车产业的进展力度，其中汽车传感器市场成为进展最迅猛的市场。

2022年中国汽车传感器市场销售额接近80亿美元，估计从2022年到2022年，中国市场上，汽车传感器销售额的年复合增长率将高于35%。

这种增长力度和速度着实不容小视。

中国的传感器市场分为两个方向：高端路线和低价路线，ADI的MEMS产品是一个大家庭，囊括了多种定位类别的产品，并致力于满意不同客户的需求。

在当前的MEMS领域，面临的挑战主要来自系统级设计、测试、分析、嵌入式软件的开发、以及电源管理技术。

其中优化解决方案所需要的很多其它要素也为技术工程师提出了很多挑战。

我们认为，或许在将来的10年中，MEMS传感器设计需要被供应商进一步优化，从而能够使其供应更加强大的功能，并为使用者降低整体成本做出贡献。

而这对于MEMS的运动检测的进展和前进步伐也起着至关重要的作用。

对于MEMS传感器来说，相宜在汽车电控系统中应用是其一大特点。

其于近年来被越来越多地应用于汽车的发动机掌握系统、车身掌握系统和底盘掌握系统。

其中加速度传感器在汽车中的应用包括电子稳定掌握、气囊监测、GPS导航及平安系统、以及翻转监测等。

ADI公司20多年来始终是MEMS创新产品的领导者，供应全面的惯性感测解决方案，包括iMEMS加速度计和陀螺仪、iSensor智能传感器以及惯性测量单元(IMU)，并已通过TS-16949和QS9000认证。

ADI扩展了MEMS产品在诸如平安气囊，电子稳定系统等平安领域的应用。

迄今为止，ADI公司久阅历证的运动信号处理技术已经生产出超过4亿片的传感器产品。

MEMS在汽车电子中的应用及进展多种能量的耦合构成了MEMS器件工作原理，微传感器将非电信号转变为电信号，而微执行器将电能转换为机械动作。

与此同时，IntegratedDesign也在MEMS的设计过程中大显身手。

但在MEMS系统的设计过程中，往往采纳源于IC的技术方式，而且系统仿真与版图设计，以及器件分析等过程相互脱节，这就使得有机集成的设计环境不能够形成，从而不能够满意MEMS市场快速增长的需要。

ADI IMU EV20(30)评估套件ADI IMU EV20/30是针对ADI系列微惯性测量单元IMU的评估套件，为广大客户开发和应用ADI系列微惯性测量单元IMU提供帮助。

其中ADI IMU EV20为USB2.0接口的评估套件，ADI IMU EV30为RS232接口的评估套件，针对客户的要求可以选择。

一、引言微惯性测量单元IMU(Inertial Measurement Unit)以牛顿力学定律为基础，利用微惯性测量元件(MEMS加速度计、MEMS陀螺仪、微磁强计)测量载体相对于惯性空间的运动参数，在给定运动初始条件下，经转换、处理后可输出载体的姿态和航向等信息。

它具有体积小、低成本、低功耗、完全自主、不受干扰、输出信息量大、输出信息实时性强等特点。

广泛应用于航空、航天、航海、机器人、汽车、工业自动化、医疗仪器、人体运动测量等方面。

ADI最新推出系列微惯性测量单元IMU，包括ADIS16350、ADIS16354、ADIS16355、ADIS16364、ADIS16365、ADIS16400以及ADIS16405等，并且得到了业界的广泛关注和好评。

ADIS163XX系列集成了三轴MEMS加速度计、三轴MEMS陀螺仪，并且还输出三轴陀螺仪的温度，以及电气参数。

采用ADI公司顶级iMEMS Motion Signal Processing Technology(运动信号处理)设计的ADIS16405完整惯性检测系统集成了三轴MEMS陀螺仪、三轴MEMS加速计与三轴磁力计。

嵌入式磁力计提供高航向精度，对产品出色的响应与短期稳定性进行了补充。

与集成度较低且需要高度用户校准的许多IMU产品不同， ADI系列微惯性测量单元IMU产品所有必需的运动检测与校准都是在工厂内完成的，这意味着系统集成时间的大幅缩短，用户使用大大简化，这使得系统设计工程师可以缩短长达一年的系统开发时间，同时节省测试设备成本。

阵列式mems-imu系统的设计与实现
mems-imu（microelectromechanical系统惯性测量单元）是利用微小的机电传感器来测量物体的加速度和角速度，是用于补偿和校准灵敏度较低的惯性外设，特别是在机器人导航和机器视觉任务中。

阵列式mems-imu系统可以搭建一个数据采集系统，能够实时收集和传输惯性测量的数据。

首先，要实现阵列式mems-imu系统，应选择恰当的mems-imu，考虑参数，如尺寸、量程、应变率等，来满足系统的性能要求。

其次，应当选择可以驱动上述mems-imu的发射芯片，配合芯片制作合适的继电器面板，接入各个mems-imu，从而控制其运行状态。

并且，需要连接控制芯片和继电器面板，向检测芯片发送监测指令，并接收输出信号反馈。

最后，安装好电路，用适当的数据管理程序将数据即时采集，建立惯性测量技术实验环境，从而实现阵列式mems-imu系统的设计和实现。