影响MEMS传感器精度的重要参数及提升精度的办法

　　2017年，在ST（意法半导体）公司举办的一场MEMS传感器新闻发布会上，ST大中华暨南亚区模拟和MEMS产品部市场总监吴卫东先生提出了这样一个问题：传感器制造商提高传感器的精度容易吗？答案是既容易也不容易。在相关演讲中，他说，如果不考虑功耗，较容易得到，因为功耗提升后，计算能力可以增强。目前的挑战是，很多应用对功耗是非常在乎的，例如电池供电。

阿伦方差示意图，ST相关资料图

　　既然传感器那么重要，设计上是不是有质的改变或新的技术？从传感器原理来看，通常采用著名的传感器精度衡量方法：阿伦方差（AVAR）。但做传感器产品时，有一些物理的局限性不可规避。例如MEMS传感器里一部分是机械结构，它会老化，且会随着温度和时间会发生变化。这些参数解释成电子的术语就是背景噪声、白噪声或者不稳定、随机的抖动。其控制方法要用生产或者矫正的方法来做。

　　1.噪声

　　噪声包括本身机械结构产生的噪声，还有闪变噪声和高频噪声。高频噪声是传感器在应用时是数字输出，在任何电子线路里会有电磁耦合现象。因此在处理时，传感器厂商要有足够的经验帮助客户在算法上规避或抑制、消除掉这些噪声。

　　2.稳定性

　　时间的稳定性毋庸置疑是解决老化，例如今天输入1出来100%，明天输入1出来99%，就要控制输入稳定性。温度的稳定性，指产品特性在0℃和50℃时肯定不一样，你要尽量在设计中尽量消除和平衡温度的影响。重复测试的稳定性，数据线路中如果输入1输出0，如果达不到0就是错。

影响MEMS传感器精度的三个重要参数。ST相关资料图

　　3.误差

　　测量没有百分之百的准确，因为它是模拟的，因为内部整个链路还是模拟的，信号产生源是模拟的。因此，需要考虑偏移、灵敏度、非线性误差（NL）、交叉轴误差（CX）。

　　那么如何提高精度呢？这就需要改善设计和制造工艺。在MEMS器件中，设计和制程只占了20%工作量，还有80%是测试和校准。这意味着同样一个MEMS传感器，如果测试、校准做得更精细的话，它完全可以从精度只有5%提升到1%甚至更低。

　　因为MEMS器件看起来输出的是数字，但里面是非常模拟的，甚至比模拟电路还模拟，因为里面有机械结构。在测试和校准方面采用一点测试还是三点测试、十点测试？是随时间调校还是只测一次？……这些方法都会影响到精度。

提高传感器精度，需要改善设计和制造工艺。ST相关资料图

　　因此，MEMS传感器最独特的地方，便是精度与调校时间相关。例如消费类MEMS传感器的精度通常低一些，因为有的传感器生产大厂往往一天要保证出货上百万片，产线、产能不太可能支撑每一个器件都去校准、测试，因为花的时间按秒来算，因此精度可以保证应用即可。同样的产品如果在测试上花更多的时间就是工业级的。更高一级是以小时来计。再高一级，一个芯片测试上百次，可以把传感器调校得非常精准，这可以用几星期来计算，精度就会不一样。因此按单位1的概念来计算，消费级是x10，工业级是x100，战略级x1000的概念。