MEMS传感器全称是微型电子机械系统(Micro Electromechanical System)，是利用半导体制造工艺和材料，将传感器、执行器、机械机构、信号处理和控制电路等集成于一体的微型器件或系统，其内部结构一般在微米甚至纳米量级。与传统的机械传感器相比，MEMS传感器具有体积小、集成化、智能化、低成本等优点，可以满足物联网时代对于传感器的要求。

20 多年来，ADI 推出了适用于汽车安全气囊、稳定性、安全性和悬架系统的开创性解决方案。其在设计碰撞传感器方面的丰富经验让ADI的MEMS产品能够定义适用于安全气囊电子控制单元 (ECU) 和卫星模块的下一代传感器以及适用于电子稳定控制 (ESC) 的高性能陀螺仪和低 g 加速度计。使用 ADI 的产品，您可以创造能够为消费者提供最高安全水平的下一代系统。ADI的所有汽车产品都按照最严格的汽车指南 (AEC-Q100) 进行评定，确保在这一领域具有最高的可靠性。ADI的MEMS产品主要分为MEMS加速度计、MEMS陀螺仪以及由加速度计和陀螺仪以及磁力计、温度计组合而成的惯性导航单元（IMU）。

MEMS加速度计和MEMS陀螺仪以及IMU工作原理简介

MEMS加速度计的原理是基于牛顿的经典力学定律，通常由悬挂系统和检测质量块组成，通过微硅质量块的偏移实现对加速度的检测，主要用于汽车安全气囊系统、防滑系统、汽车导航系统和防盗系统等，除了有电容式、压阻式以外，MEMS加速度计还有压电式、隧道电流型、谐振式和热电偶式等形式。其中，电容式MEMS加速度计具有灵敏度高、受温度影响极小等特点，是MEMS微加速度计中的主流产品。MEMS加速度计不仅可以测量加速度，还可以通过相对重力场的方向来测量静态角度。

MEMS陀螺仪是一种角速率传感器，是利用科里利奥力对MEMS内部施加一个X方向的激励信号，当质量块相对于震荡的系统产生Z轴方向的旋转运动时，由于Y方向的科里利奥力，质量块就产生Y方向的运动。通过计算电容的变化，就可以计算出对应的角速率。主要用于汽车导航的GPS信号补偿和汽车底盘控制系统。例如:汽车在转弯时，系统通过陀螺仪测量角速度来指示方向盘的转动是否到位，主动在内侧或者外侧车轮上加上适当的制动以防止汽车脱离车道，通常它与低加速度计一起构成主动控制系统。MEMS陀螺仪不仅可以测量角速率，还可以通过积分计算动态角度位移。

惯性导航单元（IMU）是由加速度和陀螺仪组合而成，既可以测量旋转角速率又可以测量线性加速度。

MEMS产品在碰撞传感器中的应用

ADI是安全气囊领域的开拓者，并将继续发挥重要作用，能够帮助客户设计精确、安全的安全气囊系统。如今售出的所有汽车中约有1/4配备ADI安全气囊传感器，通过此项ADI技术每天可拯救八条性命。

ADI推出的安全气囊传感器（双轴 ADXL251）是双轴集成卫星传感器，用户可选 g 量程，符合 PSI5 2.1 版气囊子标准并且向后兼容 PSI5 1.3 版标准。ADXL251（x 轴/y 轴）可为前方撞击和侧面撞击气囊以及卫星传感器和电子控制单元 (ECU) 等主要传感器应用领域提供低成本解决方案。加速度数据会通过数字式双线电流环路 PSI5 总线发送至控制模块。通过 SPI 总线的通信也适用于 ECU 应用。

ADXL251 采用 4 mm × 4 mm LFCSP 封装，可在整个汽车级温度范围内（−40°C 至 +125°C）工作。

汽车碰撞的应用

• 前方撞击碰撞感应
• 侧面撞击碰撞感应
• 前部冲击碰撞检测
• 侧面冲击碰撞检测

ADXL151是g范围可配置的单轴集成式卫星传感器，符合PSI5 V2.1规范。 ADXL151为前部和侧面冲击安全气囊卫星传感器应用提供了低成本解决方案。 加速度数据通过一个数字双线电流环路接口总线传递至控制模块。

ADXL151采用12引脚、4 mm × 4 mm LFCSP封装。 该器件的额定工作温度范围为-40°C至+125°C的整个汽车应用温度范围。

MEMS产品在汽车稳定控制系统中的应用

ADI是汽车稳定控制市场的佼佼者，针对电子稳定控制(ESC)和车辆动态(VD)应用提供陀螺仪和低g加速度计。ADI以通过推出ADXC1501 而建立这一传统而倍感自豪，这款器件将三轴低重力加速度计和偏航陀螺仪组合到了适用于高性能稳定控制应用的单一封装中。该4自由度惯性组合可减小新一代ESC系统的尺寸和成本，同时保持ADI业界领先的冲击和振动性能。

ADXC1501是一款偏航角速度陀螺仪和三轴加速度计，集成于单封装中。它针对电子稳定控制(ESC)和其他同时需要偏航角速度和加速度信号的高性能应用而设计。内部温度传感器可补偿偏移和灵敏度性能，在−40°C至+105°C温度范围内提供出色的稳定性。先进的陀螺仪传感器设计可抑制冲击和振动的线性加速度效应，使ADXC1501能够在恶劣的环境中工作。加速度计信号链经过特别设计，可以防止在这些相同恶劣环境中出现的过载条件。

ADXC1501的工作电压为3.3 V或 5 V。ADXC1501的功耗不足16 mA，可用于电能敏感型应用。

系统稳定监控

• 电子稳定控制
• 底盘控制
• 侧翻检测

ADXRS910是一款针对汽车侧翻检测应用的高性能层内陀螺仪。ADXRS910还具有内部温度传感器，用于补偿偏移和灵敏度性能，在−40°C至+105°C温度范围内提供出色的稳定性。该陀螺仪提供±300°/s满量程性能，灵敏度为80 LSB/°/s。其谐振磁盘传感器结构可实现围绕层内轴的角速率测量。-3 dB滤波器转折频率可选择为24.6 Hz、49 Hz、102 Hz或201 Hz。该器件的传感器数据输出为包含在32位SPI处理中的16位、二进制补码字。SPI通信兼容频率高达10 MHz。

ADXRS910采用16引脚倒腔SOIC封装。ADXRS910的额定工作电压为3.3 V至5 V此，功耗小于20 mA。其规格对−40°C至+105°C的温度范围有效。

IMU产品在汽车精密导航系统中的应用

任何自动驾驶机器，无论是乘用车、拖拉机、送货机器人还是无人飞行器(UAV)，都必须准确地并在所有条件下了解其全局和相对位置，以确保安全可靠地运行。尤其是在全球导航卫星系统(GNSS)或全球定位系统(GPS)生成的地理定位信号经常遇到信号阻塞，而机载视觉传感器（激光雷达、雷达、摄像头）受到天气、艳阳、欺骗攻击影响的情况下，就极具挑战性。为了克服这些传感器的环境限制，我们使用高性能惯性测量单元(IMU)来独立确定车辆的加速度、前进方向角和相对位置。IMU依靠重力和惯性原理，而不是外部环境，为自主精密导航系统提供恒定且互补的数据源。

ADI的产品系列涵盖战术级稳定性和超低噪声产品，提供高达10个运动自由度，所有产品全部经过出厂校准以及嵌入式传感器调理优化。产品系列不断扩展，现已有通过航空电子认证的IMU以及正在进行的汽车认证。

ADI公司正在将工业 IMU 产品系列扩展到汽车领域，这标志着具有汽车认证和增强诊断功能的战术级性能将首次出现。ADI公司的IMU 在全球范围内，在新兴的自动机器人出租车现场试验中占有主导的市场份额。此外，正在开发针对部分自动化系统（通常称为 SAE 3 级）的 ASIL 认证紧凑型 IMU，其目标是诸如高速公路驾驶员和自动代客泊车等功能。

ADI第五代IMU---ADIS16505/ADIS16507的优点及技术参数

• 大动态范围2000°/秒
• 78.4 m/s2 (40 g) 低噪声
• 低漂移和高抗振动能力
• 在复杂运动下具有最精确的感知
• 对每个器件进行全温度校准
• 确保最佳性能和降低整体系统成本  

总结

ADI的MEMS产品除了应用在汽车电子中之外，它在工业及医疗等电子产品应用市场的普及率也在不断提高。MEMS技术正在发展成为一个巨大的产业，就像近20年来微电子产业和计算机产业给人类带来的巨大变化一样，MEMS也在孕育一场深刻的技术变革并对人类社会产生新一轮的影响。

参考资料

ADIS16505产品概览