最近幾代的MEMS技術(shù)已經(jīng)能夠為航空電子設(shè)備提供高度可靠的關(guān)鍵性能，可大幅降低尺寸、重量、功耗(SWAP)和成本。

在航空電子行業(yè)以及其它同樣具有高要求的應(yīng)用中，基于上一代MEMS或其它慣性技術(shù)的傳統(tǒng)解決方案在滿足性能目標(biāo)方面有目共睹。然而，這些技術(shù)在降低成本和其它經(jīng)濟實用性方面的進步卻非常有限。新一代的航空電子系統(tǒng)承受著改善這些情況的壓力，使設(shè)備制造商面臨著需在無更優(yōu)技術(shù)可選的情況下完成開發(fā)目標(biāo)的挑戰(zhàn)。航空電子設(shè)備集成商目前所面對的是一個重大的兩難處境，即維持性能不變的同時改善SWAP/成本。

縱觀目前整個電子行業(yè)的慣性MEMS元件，可以看出，這項技術(shù)可分為三大不同的應(yīng)用方向。相應(yīng)的解決方案都源于這些主要應(yīng)用領(lǐng)域之一：軍事、汽車或消費電子。數(shù)十年來，面向軍事應(yīng)用的技術(shù)一向極為可靠，但在SWAP和成本方面并不靈活。面向消費電子的技術(shù)能夠滿足苛刻的成本要求，但在性能和耐用性方面作了明顯的讓步。但是，面向汽車行業(yè)的技術(shù)針對苛刻的目標(biāo)而將所有關(guān)鍵參數(shù)進行了特別優(yōu)化：性能、耐用性、成本、尺寸、重量和功耗。顯然，各行業(yè)進一步發(fā)展的路線圖/潛力都有極大的不同，參見圖1。

新一代航空電子平臺滿足下文表1中的慣性檢測系統(tǒng)規(guī)格：

表1. 慣性系統(tǒng)的關(guān)鍵航空電子性能目標(biāo)

ADI MEMS技術(shù)能夠滿足這些要求的一個重要因素，便是其高度可靠的四核陀螺儀檢測結(jié)構(gòu)，如圖2所示。此結(jié)構(gòu)可抑制角度檢測機制的沖擊和振動影響，用于航空電子、汽車、醫(yī)療和智能彈藥項目中具有良好的口碑。兩對反相諧振器的對稱特性為非旋轉(zhuǎn)輸入提供了高共模抑制性，同時依靠高諧振器和高解調(diào)頻率(約18 kHz)提供出色的帶外信號抑制性能。內(nèi)核傳感器上執(zhí)行可靠線性加速度/振動分析，包括掃描高于諧振頻率的信號范圍，展示了其抑制這類干擾的能力。

除了穩(wěn)定的傳感器內(nèi)核設(shè)計，傳感器信號調(diào)理的良好匹配與優(yōu)化也同樣重要?；?a target="_blank">工作原理是：傳感器元件捕捉真實運動(即結(jié)構(gòu)旋轉(zhuǎn))，并將其轉(zhuǎn)換為可測量的電氣信號(即電壓)。若不適當(dāng)注意帶寬、時序、相位、采樣速率、分辨率和其它漂移特性(比如溫度和電壓穩(wěn)定性)，則該轉(zhuǎn)換操作和隨后的處理可能會不夠精確。這些都有賴于高級、可靠的傳感器信號調(diào)理能力。ADI將其專利的MEMS IP與業(yè)界領(lǐng)先的信號處理能力相結(jié)合，從而在高性能MEMS領(lǐng)域一枝獨秀。

ADI慣性測量單元(IMU)解決了復(fù)雜航空電子系統(tǒng)中慣性傳感器的部署難題，此種部署必須依靠尺寸不同的多種傳感器才能正確識別復(fù)雜的運動。iSensor? IMU集成高達10自由度的檢測能力，提供全部必要的對齊、校準(zhǔn)、一階傳感器融合、出廠集成和測試。

比如說， ADIS16485/ADIS16488 iSensor?MEMS慣性測量單元(IMU)(圖3)是目前航空電子系統(tǒng)所采用的6/10自由度傳感器，滿足一切性能和可靠性目標(biāo)(表2)，SWAP優(yōu)勢高達一個數(shù)量級。

表2. 航空電子系統(tǒng)性能演示：借助業(yè)界領(lǐng)先的SWAP/ 成本優(yōu)勢讓新一代產(chǎn)品更進一步

經(jīng)驗證，該MEMS技術(shù)優(yōu)于FOG慣性技術(shù)。最近我們將ADI ADIS16485 MEMS IMU與一款價值3萬美元的傳統(tǒng)FOGIMU進行了橫向?qū)Ρ?，結(jié)果得到了相似的性能等級。此外，MEMS器件在關(guān)鍵的SWAP和成本參數(shù)上的優(yōu)勢要高出一個數(shù)量級。表3總結(jié)了這項行業(yè)研究的結(jié)果，其中，關(guān)鍵的MEMS航向性能參數(shù)與價值3萬美元的FOG器件的性能差異不到5%。

表3. ADI MEMS技術(shù)縮短了其與FOG和其它 傳統(tǒng)慣性技術(shù)的性能差距，且具有極大的 價格優(yōu)勢

在復(fù)雜和惡劣條件下保持關(guān)鍵性能

MEMS IMU設(shè)計中有三項關(guān)鍵因素，可確保抑制振動或其它外來信號輸入的相關(guān)錯誤運動偽像。無論在內(nèi)核傳感器元件、子系統(tǒng)設(shè)計或是信號處理中，設(shè)計要求在本質(zhì)上都需要抑制一切干擾運動偽像，從而保持復(fù)雜運動條件下的信號完整性。為了進一步增強性能，iSensor MEMS 子系統(tǒng)在部署時針對每一條測量軸均采用多個(四通道諧振器)傳感器，其中兩個傳感器根據(jù)第二對傳感器進行機械重定向，從而提供一階校正系統(tǒng)，進一步消除非旋轉(zhuǎn)引起的輸出信號，即抑制共模信號干擾(熱、電和殘留加速度靈敏度)。為了保留內(nèi)核傳感器元件和子系統(tǒng)設(shè)計所實現(xiàn)的高性能，該器件以較高的數(shù)據(jù)速率進行數(shù)據(jù)處理(充分過采樣)。

MEMS IMU開發(fā)中借鑒了ADI多年的傳感器、信號處理和應(yīng)用經(jīng)驗，以滿足惡劣的航空電子、汽車和軍事環(huán)境下的性能與耐用性要求。目前內(nèi)核傳感器為第三代，產(chǎn)品出貨量已超過1000萬片，用于高度可靠的高性能終端應(yīng)用。

ADIS16485內(nèi)核傳感器處理元件將獲得DO178/254 DAL-B認(rèn)證。硬件與軟件均遵循嚴(yán)格的規(guī)范、設(shè)計、驗證和認(rèn)證流程，這些均嚴(yán)格管理并處于配置控制之下。ADI的內(nèi)核慣性檢測技術(shù)量產(chǎn)已有三十年，而根據(jù)目前和未來的航空電子、國防以及工業(yè)應(yīng)用等領(lǐng)域的設(shè)計需要，其ADIS1648XIMU系列預(yù)計產(chǎn)品生命周期將遠在2030年之后。同時，ADI進一步完善其性能領(lǐng)先的SWAP和具有成本優(yōu)勢的MEMS技術(shù)，將應(yīng)用范圍擴大到光纖和傳統(tǒng)軍事慣性檢測領(lǐng)域。