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影響MEMS傳感器精度的三大因素分析

日期: 2018-02-02
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MEMS傳感器起始于汽車和工業,但這十年真正推波助瀾的是消費類電子。如今,MEMS的下一波浪潮有望重新回到汽車和工業。因為,相比起消費電子市場很大但會很快退潮的特點,工業應用需求更強,生命周期也更長。


影響MEMS傳感器精度的三大因素分析

汽車應用里,汽車導航通常用GPS,MEMS慣性傳感器作為輔助測量,以覆蓋GPS的盲區。因此MEMS傳感器就要有高精度,通常整個系統的精度要達到“米”級,也就是至少車輛、行人在你自己看得到的地方。這個米的級別并不是一個時間點,是累積的,因為傳感器的挑戰是參數會隨著溫度、時間而漂移,有很多參數影響它。自動駕駛對精度的要求更高,目前客戶要求精度要在20厘米以內。

既然精度這么重要,那么MEMS傳感器提高精度的方法有哪些呢?

影響MEMS傳感器精度的三大因素分析

從傳感器原理來看,通常采用著名的傳感器精度衡量方法——阿倫方差(AVAR)。但做傳感器產品時有一些物理的局限性不可規避。例如MEMS傳感器里一部分是機械結構,它會老化,且會隨著溫度和時間會有變化。這些參數解釋成電子的術語就是背景噪聲、白噪聲或者不穩定、隨機的抖動。其控制方法要用生產或者矯正的方法來做。

噪聲

噪聲包括本身機械結構產生的噪聲,還有閃變噪聲和高頻噪聲。高頻噪聲是傳感器在應用時的數字輸出,在任何電子線路里會有電磁耦合現象。因此在處理時,傳感器廠商要有足夠的經驗幫助客戶在算法上規避或抑制、消除掉這些噪聲。


穩定性

時間的穩定性毋庸置疑是解決老化,例如今天輸入1出來100%,明天輸入1出來99%,就要控制輸入穩定性。溫度的穩定性,指產品特性在0℃和50℃時肯定不一樣,你要盡量在設計中消除和平衡溫度的影響。重復測試的穩定性,數據線路中輸入1輸出0,如果達不到0就是錯。


誤差

測量沒有百分之百的準確,因為它是模擬的,因為內部整個鏈路還是模擬的,信號產生源是模擬的。因此,需要考慮偏移、靈敏度、非線性誤差(NL)、交叉軸誤差(CX)。


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那么如何提高精度呢?這就需要改善設計和制造工藝。在MEMS器件中,設計和制程只占了20%工作量,還有80%是測試和校準。這意味著同樣一個MEMS傳感器,如果測試、校準做得更精細的話,它完全可以從精度只有5%提升到1%甚至更低。因為MEMS器件看起來輸出的是數字,但里面是非常模擬的,甚至比模擬電路還模擬,因為里面有機械結構。在測試和校準方面采用一點測試還是三點測試、十點測試?是隨時間調校還是只測一次?這些方法都會影響到精度。

實際應用中還有哪些因素會影響MEMS傳感器的精度呢?



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