从三款新产品看ADI的MEMS发展逻辑

来源：半导体行业观察

在MEMS领域，ADI有着举足轻重的地位。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。2002年ADI又发布了第一款集成式MEMS陀螺仪ADXRS150，以此为开端，ADI公司建立了庞大的MEMS产品业务和无可匹敌的高可靠性、高性能MEMS产品制造商声誉。

从1987年开始布局MEMS传感器，ADI与MEMS技术有着深厚的历史渊源。上图显示了ADI在MEMS器件领域的耕耘。2002年ADI的MEMS Gyro产品一经上市，出货量便突破1亿颗；2017年5月4日ADI发布了一款超低噪声加速度计产品，该产品的市场应用广泛，复合年增长率超过50%；2019年，ADI发布了将加速度计、陀螺仪和信号调理集成在一起的芯片级的高集成度IMU产品；2020年ADI发布了路载的降噪系统(RANC)加速度计；2021年ADI发布了一系列High-g值超低功耗的加速度计产品。

时间来到2022年，ADI开启了自我超越之路。

小MEMS，大智慧

MEMS作为一种微机电制造技术，可以用它来做惯性MEMS器件、MEMS麦克风、MEMS时钟、MEMS滤波器，还有MEMS开关等等。在MEMS惯性器件这一细分领域，ADI可以做五大类MEMS运动传感器：分别是加速度计、陀螺仪、倾斜角监测（Tilt）、冲击（Shock）、振动监测（Vibration）。

根据Yole Development的报告，2021-2027年，全球MEMS市场规模将从136亿美元增长至223亿美元，复合增长率达9%。按MEMS终端应用市场划分，消费电子、工业、通信、汽车、医疗、国防与航空航天市场均将持续增长。在当下蓬勃发展市场需求下，MEMS器件的应用领域正在进一步拓展，呈现多元化、多场景趋势。而在这其中，影响MEMS器件发展的三大支柱分别是：材料、3D集成、先进封装。

别看一个小小的MEMS器件，很多MEMS技术需要用到比较前沿的技术发展，“如果没有良好的技术储备，做MEMS是比较吃力的，如一些良率的控制方面。而且MEMS的投入是非常大的，每一个工艺节点投入稍微一点点的变化，可能都会对产品最终的性能带来很大的影响。无论是材料、封装、wire bonding，各种各样的工艺节点都要有很周全的考量。所以大公司做MEMS的多一些。”ADI亚太区微机电产品线总监赵延辉在近日的ADI MEMS 2022新品媒体交流会上讲到。

会上，ADI一连发布了三款加速度计新产品，这些新产品有何特点，它们的创新之处又在哪里？

ADI再发布一款超低功耗产品：ADXL367

2012年ADI发布了一款超低功耗的加速度计产品ADXL362，市场反响很好，目前行业内鲜少有在低功耗性能领域能与之媲美的产品，现在ADI发布的ADXL367给用户提供了更低的功耗，更小的体积。

下图是两者的对比，ADXL367的尺寸做到了2.2×2.3×0.87mm，数字分辨率由12位提高到14位，工作电流达到0.88μA。在低功耗工作模式下，处于唤醒模式的ADXL367功耗降低到了180nA，供电电压降低到1.1V。ADXL367在噪声密度方面也实现了较大的突破，尤其是在超低功耗的模式下，目前三个轴X、Y、Z都做到了375µg/√Hz的水平。由于现在系统复杂度越来越高，所需要融合的传感器也越来越多，没有足够多的接口用来支持SPI，而I2C总线可以挂很多的传感器，所以ADXL367添加了客户所需的I2C总线。其他方面，ADXL367内部还集成了温度传感器，集成了自检（self test）功能，例如一些单击、双击的检测等。

ADXL367与ADXL362的各个性能指标对比一览

在尺寸方面，ADXL367比ADXL362的面积降低了47%，高度下降了20%。如下图所示，左边是ADXL362，右边是ADXL367。

那么，ADXL367的功耗究竟能做到多低呢？ADI亚太区微机电产品线总监赵延辉用一个通俗的例子做了解释：如果用一个纽扣电池来给ADXL367供电，在低功耗模式下，可以使用长达29年；在检测模式下，可以使用143年。基本上电池每年的自放电大概是1%，而ADXL367器件本身的电流消耗甚至比电池本身的自放电电流还要低。

不仅如此，即使在没有电池的情况下，任意拿个蔬菜水果就可以使ADXL367进行运动监测。下面是ADI实测的一些水果/蔬菜结构模型，例如用一个土豆就可以让ADXL367跑起来检测各种各样的运动，土豆能够在100kOhm负载下提供8400nW的功率，即使在低噪声的情况下，ADXL367的功耗也仅在2000nW以内。

超低功耗的ADXL367有着广泛的应用空间，主要有五大类应用领域：一是消费类和可穿戴设备，如生命体征监测、穿戴类、耳机、配饰、衣服、品味名表；二是医疗，如助听器、慢病管理、除颤仪、呼吸监测、颅脑损伤监测；三是植入式医疗，如起搏器、心脏监视器、神经刺激；四是工业，资产监控、无线传感节点、仪表、畜牧业监测；五是汽车，智能车钥匙、事件数据记录仪。ADXL367非常适合于做持续的在线监测、物联网以及运动开关等的应用。

更高性价比ADXL359

2017年ADI发布了一系列低噪声产品，其中有一类中等量程的产品ADXL356和ADXL357，在农业自动化、无人机领域以及振动领域里都有非常好的市场反馈。工业领域主要对振动特性和噪声特性有要求，在满足这两大要求的基础上，ADI正在努力将成本进行进一步优化，推出了更高性价比的ADXL359。

ADXL359主要有三大特点：

一是3轴中等量程：在振动类的市场上，几百g或者是大几十g的产品，ADI的ADXL100X系列已经满足了。而中等量程的又能满足ISO10816、20816这样的产品，市场上还少有。为了填补市场空白，ADXL359提供±10g, ±20g, ±40g的量程可选范围。对于条件状态检测所需的1000Hz带宽要求也是满足的。另外是在噪声密度方面，ADXL359的所有轴都做到了80µg/√Hz，是超低噪声技术的延续。温度范围从-40°C 扩展到125°C。

二是具有出色的稳定性：它具有±0.45mg/°C零点温和±0.015%/°C灵敏度温漂，在7.5grms振动条件下，具有小于0.1g振动整流误差。

三是添加了一些附加功能：如可编程的高通滤波器，支持外同步，内置FIFO等等。

用于汽车新兴市场领域的ADXL314

针对汽车和工业等新兴领域，ADI正在不断探索MEMS惯性器件的更多应用。譬如在汽车领域，一些胎压检测、电动车电池监测、碰撞检测都应用都需要添加加速度计的支持，此外，自2022年1月1日之后规定，新生产的乘用车要带事件数据记录仪（EDR）的功能。

对此为了能够满足汽车领域的这些新需求，ADI推出了车规级低功耗大量程加速度计产品：ADXL314。

汽车领域的半导体产品对安全性和可靠性有着更苛刻的要求，ADXL314完全满足AEC-Q100 验证，温度范围可从–40°C扩展到125°C，量程达到200g（一般将超过70g量程的称作是High-g，用来做碰击或是冲撞等比较大的加速度变化的应用；10g-40g或70g属于中等量程middle-g，主要用来做一些振动条件下的加速度判断；10g以下的属于low-g，主要做人体的判断如跌倒或者是倾角的判断）。ADXL314有低和高两种数据速率，分别是50μA/170μA工作电流；它的最高输出数据速率可以到3200Hz，这样做的好处是能准确的将碰撞瞬间的脉冲捕捉下来。

ADXL314除了可以用于胎压监测、电动车电池监测、碰撞检测，EDR等汽车多应用场景之外，它还具有一些附加特性，如集成了相对/绝对的运动/静止检测中断，集成式存储器管理系统采用32级先进先出(FIFO)缓冲器，以及可耐10,000g加速度冲击等等。

结语

综上，可以看出，ADI的MEMS产品发展逻辑主要有两大主线：一是，在过往产品的基础上不断优化升级，追求性能的极致提升，如功耗更低的ADXL367和更高性价比ADXL359；二是，紧抓产业发展新潮流，探索新兴领域的广阔空间，如服务于新兴市场的ADXL314。但无论是哪种发展方向，一个不变的基调是，ADI最主要考虑是在技术硬核上，能否真正解决客户的痛点。