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南京理工大學MEMS傳感器專用集成電路設計取得突破進展
來源:賽斯維傳感器網(wǎng) 發(fā)表于 2015/10/12

  2015年9月,微電子學與集成電路領(lǐng)域頂級國際期刊 IEEE JOURNAL OF SOLID-STATE CIRCUITS (JSSC) 刊出了南京理工大學MEMS團隊的研究論文,這是國內(nèi)首次在該期刊上發(fā)表物理傳感器方面的文章。MEMS的全稱是微型電子機械系統(tǒng),現(xiàn)代生活中,智能手機、汽車導航、游戲機、數(shù)碼相機、音樂播放器、無線鼠標、硬盤保護器、智能玩具、計步器、防盜系統(tǒng)等等都融入了MEMS慣性傳感器,雖然它們通常只有幾毫米甚至更小,卻是解決導航、定位、定向和運動姿態(tài)測量的重要部件。

  MEMS團隊負責人蘇巖教授介紹說, 慣性傳感器是檢測和測量加速度、傾斜、沖擊、振動、旋轉(zhuǎn)和多自由度(DoF)運動的傳感器。由加速度計和陀螺儀組成的慣性系統(tǒng)可實現(xiàn)對載體位置及運動信息的實時監(jiān)測。采用MEMS工藝制造的慣性傳感器敏感結(jié)構(gòu)的尺寸,通常只有幾毫米甚至更;專用集成電路(ASIC)是為特定用戶或特定電子系統(tǒng)制作的集成電路,可將成千上萬的晶體管電路集成于一塊芯片,同樣具有尺寸。◣缀撩祝┑奶攸c。這兩者都可大批量生產(chǎn),成本極低。

  因此,專用集成電路(ASIC)技術(shù)和MEMS技術(shù)將極大地降低慣性傳感器的成本、體積和功耗,使得該類型傳感器可廣泛應用于消費電子類產(chǎn)品中。此外采用高性能專用集成電路(ASIC)后,還可降低環(huán)境因素及寄生參數(shù)對傳感器性能的影響,大幅度提升MEMS慣性傳感器的精度,使得該類型傳感器可以在高精度導航制導領(lǐng)域得到應用,能為國防科技的發(fā)展貢獻一份力量。

  研究成果發(fā)表于JSSC,表明南理工在MEMS慣性傳感器專用集成電路設計方面取得了突破性進展。這項研究成果能大大提高傳感器的穩(wěn)定性(精度),采用該電路的傳感器,其性能達到國內(nèi)外已報道的最高水平。南京理工大學在JSSC發(fā)表的文章中,諧振式MEMS加速度計實現(xiàn)了機械敏感結(jié)構(gòu)與ASIC電路的對接,該傳感器實現(xiàn)了小于1ug的零偏不穩(wěn)定性,為已報道的最高性能。

  蘇巖教授介紹,隨著傳感器長期穩(wěn)定性的提高,在軍用及民用導航領(lǐng)域中具有廣闊的應用前景。該傳感器適用于高精度導航系統(tǒng)中,例如船舶、潛艇的長期導航定位設備中。同時隨著其體積、功耗的下降,其也可應用于無人機導航,可穿戴式的個人室內(nèi)導航設備中,同樣也適用于汽車穩(wěn)定系統(tǒng)、安全氣囊、游戲手柄、智能手機中。

  據(jù)悉,蘇巖教授研究團隊與新加坡國立大學的許永平教授在MEMS傳感器CMOS專用集成電路方面開展了長期的、富有成效的合作研究。論文第一和第二作者趙陽、趙健同學受團隊委派于2012年至2014年期間赴新加坡國立大學進行聯(lián)合培養(yǎng),開展MEMS諧振梁加速度計CMOS專用集成電路的研究。

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