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南京理工大学MEMS传感器专用集成电路设计取得突破进展

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传感器动态

南京理工大学MEMS传感器专用集成电路设计取得突破进展

2015年9月,微电子学与集成电路领域顶级国际期刊 IEEE JOURNAL OF SOLID-STATE CIRCUITS (JSSC) 刊出了南京理工大学MEMS团队的研究论文,这是国内首次在该期刊上发表物理传感器方面的文章。MEMS的全称是微型电子机械系统,现代生活中,智能手机、汽车导航、游戏机、数码相机、音乐播放器、无线鼠标、硬盘保护器、智能玩具、计步器、防盗系统等等都融入了MEMS惯性传感器,虽然它们通常只有几毫米甚至更小,却是解决导航、定位、定向和运动姿态测量的重要部件。

MEMS团队负责人苏岩教授介绍说, 惯性传感器是检测和测量加速度、倾斜、冲击、振动、旋转和多自由度(DoF)运动的传感器。由加速度计和陀螺仪组成的惯性系统可实现对载体位置及运动信息的实时监测。采用MEMS工艺制造的惯性传感器敏感结构的尺寸,通常只有几毫米甚至更小;专用集成电路(ASIC)是为特定用户或特定电子系统制作的集成电路,可将成千上万的晶体管电路集成于一块芯片,同样具有尺寸小(几毫米)的特点。这两者都可大批量生产,成本极低。

因此,专用集成电路(ASIC)技术和MEMS技术将极大地降低惯性传感器的成本、体积和功耗,使得该类型传感器可广泛应用于消费电子类产品中。此外采用高性能专用集成电路(ASIC)后,还可降低环境因素及寄生参数对传感器性能的影响,大幅度提升MEMS惯性传感器的精度,使得该类型传感器可以在高精度导航制导领域得到应用,能为国防科技的发展贡献一份力量。

研究成果发表于JSSC,表明南理工在MEMS惯性传感器专用集成电路设计方面取得了突破性进展。这项研究成果能大大提高传感器的稳定性(精度),采用该电路的传感器,其性能达到国内外已报道的最高水平。南京理工大学在JSSC发表的文章中,谐振式MEMS加速度计实现了机械敏感结构与ASIC电路的对接,该传感器实现了小于1ug的零偏不稳定性,为已报道的最高性能。

苏岩教授介绍,随着传感器长期稳定性的提高,在军用及民用导航领域中具有广阔的应用前景。该传感器适用于高精度导航系统中,例如船舶、潜艇的长期导航定位设备中。同时随着其体积、功耗的下降,其也可应用于无人机导航,可穿戴式的个人室内导航设备中,同样也适用于汽车稳定系统、安全气囊、游戏手柄、智能手机中。

据悉,苏岩教授研究团队与新加坡国立大学的许永平教授在MEMS传感器CMOS专用集成电路方面开展了长期的、富有成效的合作研究。论文第一和第二作者赵阳、赵健同学受团队委派于2012年至2014年期间赴新加坡国立大学进行联合培养,开展MEMS谐振梁加速度计CMOS专用集成电路的研究。

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