最近，在ST（意法半導(dǎo)體）公司舉辦的一場(chǎng)MEMS傳感器新聞發(fā)布會(huì)上，ST大中華暨南亞區(qū)模擬和MEMS產(chǎn)品部市場(chǎng)總監(jiān)吳衛(wèi)東先生提出了這樣一個(gè)問題：傳感器制造商提高傳感器的精度容易嗎？答案是既容易也不容易。在相關(guān)演講中，他說，如果不考慮功耗，較容易得到，因?yàn)楣奶嵘螅?jì)算能力可以增強(qiáng)。目前的挑戰(zhàn)是，很多應(yīng)用對(duì)功耗是非常在乎的，例如電池供電。

 

 既然傳感器那么重要，設(shè)計(jì)上是不是有質(zhì)的改變或新的技術(shù)？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(chǎn)品時(shí)，有一些物理的局限性不可規(guī)避。例如MEMS傳感器里一部分是機(jī)械結(jié)構(gòu)，它會(huì)老化，且會(huì)隨著溫度和時(shí)間會(huì)發(fā)生變化。這些參數(shù)解釋成電子的術(shù)語就是背景噪聲、白噪聲或者不穩(wěn)定、隨機(jī)的抖動(dòng)。其控制方法要用生產(chǎn)或者矯正的方法來做。

 1.噪聲

 噪聲包括本身機(jī)械結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的噪聲，還有閃變?cè)肼暫透哳l噪聲。高頻噪聲是傳感器在應(yīng)用時(shí)是數(shù)字輸出，在任何電子線路里會(huì)有電磁耦合現(xiàn)象。因此在處理時(shí)，傳感器廠商要有足夠的經(jīng)驗(yàn)幫助客戶在算法上規(guī)避或抑制、消除掉這些噪聲。

 2.穩(wěn)定性

 時(shí)間的穩(wěn)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(wěn)定性。溫度的穩(wěn)定性，指產(chǎn)品特性在0℃和50℃時(shí)肯定不一樣，你要盡量在設(shè)計(jì)中盡量消除和平衡溫度的影響。重復(fù)測(cè)試的穩(wěn)定性，數(shù)據(jù)線路中如果輸入1輸出0，如果達(dá)不到0就是錯(cuò)。

 

 3.誤差

 測(cè)量沒有百分之百的準(zhǔn)確，因?yàn)樗悄M的，因?yàn)閮?nèi)部整個(gè)鏈路還是模擬的，信號(hào)產(chǎn)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)。

 那么如何提高精度呢？這就需要改善設(shè)計(jì)和制造工藝。在MEMS器件中，設(shè)計(jì)和制程只占了20%工作量，還有80%是測(cè)試和校準(zhǔn)。這意味著同樣一個(gè)MEMS傳感器，如果測(cè)試、校準(zhǔn)做得更精細(xì)的話，它完全可以從精度只有5%提升到1%甚至更低。

 因?yàn)镸EMS器件看起來輸出的是數(shù)字，但里面是非常模擬的，甚至比模擬電路還模擬，因?yàn)槔锩嬗袡C(jī)械結(jié)構(gòu)。在測(cè)試和校準(zhǔn)方面采用一點(diǎn)測(cè)試還是三點(diǎn)測(cè)試、十點(diǎn)測(cè)試？是隨時(shí)間調(diào)校還是只測(cè)一次？……這些方法都會(huì)影響到精度。

提高傳感器精度，需要改善設(shè)計(jì)和制造工藝。ST相關(guān)資料圖

 因此，MEMS傳感器最獨(dú)特的地方，便是精度與調(diào)校時(shí)間相關(guān)。例如消費(fèi)類MEMS傳感器的精度通常低一些，因?yàn)橛械膫鞲衅魃a(chǎn)大廠往往一天要保證出貨上百萬片，產(chǎn)線、產(chǎn)能不太可能支撐每一個(gè)器件都去校準(zhǔn)、測(cè)試，因?yàn)榛ǖ臅r(shí)間按秒來算，因此精度可以保證應(yīng)用即可。同樣的產(chǎn)品如果在測(cè)試上花更多的時(shí)間就是工業(yè)級(jí)的。更高一級(jí)是以小時(shí)來計(jì)。再高一級(jí)，一個(gè)芯片測(cè)試上百次，可以把傳感器調(diào)校得非常精準(zhǔn)，這可以用幾星期來計(jì)算，精度就會(huì)不一樣。因此按單位1的概念來計(jì)算，消費(fèi)級(jí)是x10，工業(yè)級(jí)是x100，戰(zhàn)略級(jí)x1000的概念。