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即将开启 运动(惯性)传感器核心技术培训课程

ڣ2019-11-08

  运动(惯性)传感器是一类将物体运动参数(例如加速度、角速度、转角及位置变化)转换成电子信号的器件。MEMS技术的诞生,引领运动(惯性)传感器进入“小尺寸、低成本、高集成度、高可靠性、多功能、智能化”的新时代。如今,以加速度计、陀螺仪、高度计、磁力计为代表的MEMS运动传感器无处不在:从“智能手机和平板电脑”到“可穿戴设备和体感游戏机”,从“工业控制和振动监测”到“无人机和汽车”,从“航空航天”到“国防军工”……

  目前,分立式运动传感器,尤其是消费类3轴加速度计和3轴磁力计,市场趋于饱和、价格不断侵蚀,而组合式运动传感器市场逐渐兴起。组合式运动传感器通常有四种形式:(1)3轴加速度计+3轴磁力计=6轴电子罗盘(E-compass)(参考:);(2)3轴加速度计+3轴陀螺仪=6轴惯性测量单元(IMU)(参考:);(3)3轴加速度计+3轴陀螺仪+高度计(气压传感器)=7轴组合式运动传感器(参考:);(4)3轴加速度计+3轴陀螺仪+3轴磁力计=9轴组合式运动传感器(参考:)。组合式传感器拥有一些分立式传感器无法比拟的优势,例如:采用同一颗ASIC(专用集成电路)处理信号,并将多个传感器芯片封装在一起,可降低成本;如果两种传感器芯片工艺相同或相近,可以做成单芯片,极大减小传感器尺寸;将滤波、数据融合和人工智能等算法集成,提高产品附加值,竞争对手难以模仿。

  据麦姆斯咨询介绍,消费电子和汽车是运动传感器的两大细分市场,MEMS厂商之间的激烈竞争导致运动传感器整体营收增长放缓。但是,组合式运动传感器市场仍保持快速增长态势,2019~2024年期间的复合年增长率高达11%。相比之下,虽然分立式运动传感器的出货量继续小幅增长,不过受价格下滑的影响,市场规模难以取得较大突破,例如:2018年全球加速度计的市场规模为12.68亿美元,预计2024年的市场规模仅为12.94亿美元;2018年全球陀螺仪的市场规模为11.70亿美元,预计2024年的市场规模仅为12.84亿美元。

  航空航天和国防军工一直是高端运动传感器市场的支柱,并且近些年增长速度加快,这主要受益于地缘政治风险的增加和商用航空航天业务的复苏。与此同时,中国系统应用厂商的购买力不断提升,高端运动传感器市场显著受惠。全球商用航空航天市场发展令人关注,美国SpaceX、Blue Origin等厂商研发出可重复使用航天运载器以降低运输成本,中国零壹空间、蓝箭科技也紧追不舍,“商用太空竞赛”为传感器带来了新机遇。高端运动传感器的诸多创新应用,包括机器人、工业自动化、自动/无人驾驶汽车、船舶、飞机和无人机、结构监测、可重复使用航天运载器和微型卫星等,将使高端运动传感器市场保持长期稳定增长。MEMS厂商如果要把握新的市场机遇,则需掌握整个运动传感器系统的研发和制造,包括加速度计、陀螺仪、ASIC芯片和软件/算法。

  为满足运动传感器产业链上下游企业的迫切需求,麦姆斯咨询特开设《运动(惯性)传感器核心技术培训课程》,从运动传感器产业及应用需求入手,深入讲解MEMS惯性传感器(包括MEMS加速度计和MEMS陀螺仪)及系统特性分析技术,并对有“锦上添花”作用的MEMS高度计(气压传感器),以及运动传感器ASIC技术进行探讨。课程内容包括:(1)运动传感器产业及应用综述;(2)MEMS惯性传感器技术及产业分析;(3)MEMS陀螺仪设计技术详解;(4)MEMS加速度计技术详解(包括高精度MEMS加速度计和工业级MEMS加速度计);(5)MEMS高度计技术及产业分析;(6)MEMS惯性传感器系统特性分析;(7)运动传感器ASIC技术详解;(8)高精度单芯片多轴MEMS惯性传感器技术详解。通过此次全面系统的培训,旨在让学员们掌握MEMS运动传感器技术及发展趋势。

  本课程主要面向运动(惯性)传感器(加速度计、陀螺仪、磁力计、高度计/气压传感器)厂商,以及组合式传感器模组(电子罗盘、惯性测量单元、航姿参考系统、GNSS惯性导航组合)和应用厂商的技术人员和管理人员、高校师生,同时也欢迎其他希望了解运动传感器产业的非技术背景人员参加,如销售和市场人员、投融资机构人员、政府管理人员等。

  讲师:TDK-InvenSense 中国区运动传感器产品市场总监 周宏继

  TDK-InvenSense作为MEMS运动传感创新解决方案的行业先锋:于2009年发布全球第一款面向智能手机的集成三轴运动处理解决方案;于2010年推出全球第一颗单芯片集成六轴Motion Tracking™(运动追踪)模组;于2012年宣布全球第一颗集成九轴Motion Tracking™(运动追踪)模组;于2014年展示全球第一款集成数字运动处理器(DMP™)的七轴单芯片平台解决方案……在本次课程中,讲师将基于数十年对传感器产业的深入研究和对应用终端的需求分析,并结合TDK-InvenSense典型MEMS产品,带领大家学习运动传感器基础知识、产业现状和发展机遇!

  MEMS加速度计和陀螺仪是惯性传感器的“主力军”,覆盖消费级、工业级和战术级三大类别,应用领域非常广泛。本次课程将首先讲解MEMS加速度计和陀螺仪在设计、制造、封装和测试方面的知识和经验,然后介绍不同应用级别的传感器性能要求,以及组合式运动传感器技术进展,最后梳理全球MEMS惯性传感器供应链情况,了解相关MEMS厂商“分分合合”背后的“恩怨情仇”。

  MEMS器件设计既不同于传统的机电系统设计,也不同于集成电路(IC)设计,涉及微结构力学性能、微摩擦机理、微流体力学、微传热学等基础理论研究。如何理解MEMS惯性传感器的设计原理、性能参数、评价方法呢?如何解决MEMS惯性传感器的机械耦合误差、零偏稳定性、温度补偿呢?本课程将以MEMS陀螺仪和加速度计为例,为学员们详细讲解其中的道理。

  高精度MEMS加速度计在航空航天等领域有非常高的应用价值。今年4月,国际上研制的10⁻¹⁰g级高精度MEMS加速度计,作为洞察号火星探测器的有效载荷,在火星表面首次监测到火星震信号。刘骅锋老师作为此款高精度MEMS加速度计的骨干研发人员,将向学员讲解高精度MEMS加速度计的工作原理、参数要求及设计方法,并通过两个典型案例让学员们获得更为直接的技术体验。

  在工业物联网(IIoT)应用领域,预测性维护无疑是工业设备的未来大趋势。智慧工厂越来越多地利用振动传感器对工业设备(如电机、风机、压缩机、汽轮机等)的不平衡、不对中、碰摩和松动进行监控和诊断,为智能制造实现预测性维护保驾护航。本次课程将讲解工业应用对MEMS加速度计及振动传感器的具体要求和实现方式,从硬件和软件两方面带领大家学习工业级MEMS加速度计及应用案例。

  气压随着海拔的高度而变化,通常海拔越高气压就越小,MEMS气压传感器(也称为高度计)根据该特性测量高度或高度差,从而在可穿戴设备、智能手机、无人机的定高应用中发挥重要作用,为运动传感器“锦上添花”。本次课程将讲解MEMS高度计/气压传感器的工作原理,以及在设计、制造、封装、测试方面的知识和经验。此外,讲师还会分析MEMS高度计与惯性传感器的融合发展,以及全球产业链情况。

  MEMS惯性传感器精度是制约其发展与应用的关键。那么,如何定义MEMS惯性传感器性能指标?如何对惯性传感器的系统精度进行分析?其测控电路又如何分析?还有哪些未知干扰?无论是传感器设计人员还是应用终端客户,都需要了解MEMS惯性传感器的测控技术,本次课程将为学员们梳理上述问题并讲解相关分析方法和原理。

  为了满足多样化的市场应用需求,传感器往往配备专门设计的ASIC芯片进行信号采样及处理。那么,微弱的模拟信号量如何采集?ASIC芯片如何实现与MEMS芯片的完美配合,实现最优化的信号输出?ASIC芯片如何实现传感器的智能化?MEMS加速度计和高度计对ASIC芯片有哪些特殊的要求?在本次课程,讲师将对运动传感器ASIC技术进行详细剖析,包括设计流程和制造工艺,最后还梳理了全球MEMS传感器ASIC产业链及主要厂商。

  高精度单芯片多轴集成是未来高端MEMS惯性传感器的发展趋势,特别是面向某些特殊应用领域。如何在实现单芯片集成的同时保证MEMS惯性器件的高精度?特别是结合当前我国半导体行业和MEMS行业的发展情况,即拥有众多的集成电路(IC)代工产能,如何实现多轴惯性MEMS芯片与我国现有的IC设备混线智能制造?以及各个MEMS惯性传感单元(加速度计、陀螺仪、磁力计)的高精度接口测控电路如何选择与设计?在本次课程中,讲师将向学员们讲解当前先进的多轴MEMS惯性传感器设计和集成方法,并结合实际项目研究成果,从敏感检测原理、加工工艺、误差校正和电路信号处理等方面让大家获得丰富的知识和经验。

  (2)基于“微创手术(MIS)”工艺的单芯片多轴MEMS惯性传感器集成设计原理及实现方法;

  (3)高精度自时钟授时的MEMS多轴惯性传感器设计方法及数字信号处理技术;

  (4)面向多轴MEMS惯性误差干扰项的自适应自校准技术原理及单芯片实现方法。

  周宏继,2000年毕业于华东师范大学电子系,拥有近20年从业经验,现任TDK-InvenSense中国区运动传感器产品市场总监,研究领域包括惯性传感器、磁力计、气压传感器及各种组合式传感器。2008年进入MEMS传感器行业,先后就职于美新半导体(MEMSIC)、博世(Bosch)、TDK等知名企业,从事传感器应用开发、技术支持、市场开拓和推广工作,深知智能手机、无人机、机器人、平衡滑板车等领域传感器需求。此外,他还有长达五年的智能手机基带应用和方案开发经验。扎实的应用技术背景,多彩十二生肖开奖记录!使得他一直秉承应用导向的传感器产品市场理念,拉近客户和传感器设计团队之间的距离。他深入了解全球MEMS产业现状,长期致力于推动传感器应用创新,发掘传感器价值,主导申请了多项传感器应用专利。

  焦继伟,中国科学院上海微系统与信息技术研究所研究员。他生于1968年,江苏无锡人。1989年毕业于浙江大学物理系,1994年于中科院上海冶金所(现上海微系统所)获半导体物理与器件专业博士学位。作为主要成员参与国家“八五”攻关项目等课题的科研工作,在低温硅固相键合技术上取得突出成果,处于当时国际先进水平。1996年至2002年,分别于荷兰Delft Univ. of Technology、日本三菱电机株式会社先端技术研究所工作,主要从事MEMS技术、车用微型惯性传感器(角速度和加速度)的开发和量产化工作,以及面向机载APAA的RF MEMS模块的研究。开发出硅-玻璃键合衬底上高深宽比的微机械结构的无损释放技术,实现高成品率的微惯性器件;研制出全单面工艺的Grounded Cavity结构的低插损RF MEMS器件和模块。2002年回国,任中科院上海微系统所研究员、博导,自2008年起任传感技术国家重点实验室副主任。目前,主要从事惯性器件、MEMS/NEMS技术等相关研究,回国后先后承担多项国家863、973课题等。已发表有关SCI/EI论文50余篇,申请及获得授权国际、国家发明专利10余项。

  谢建兵,博士,副教授,西北工业大学空天微纳系统教育部重点实验室惯性器件方向负责人,主要研究方向为MEMS惯性传感器及MEMS加工技术。他主持国家自然科学基金项目2项、国家863计划项目2项、西安市科技计划项目1项;发表SCI/EI论文20余篇,出版专著《MEMS集成设计技术及应用》1部;申请国家发明专利39项,其中已授权22项;制定《硅基MEMS制造技术-基于SOI硅片的MEMS工艺规范》国家标准1部;获得陕西省科学技术一等奖2项,中国机械工业科学技术一等奖1项。此外,他还担任中国微米纳米技术学会微纳传感技术分会理事、中国仪器仪表学会量子传感与精密测量仪器分会理事。

  赵阳,博士,南京理工大学副研究员。他自2011年起开始从事MEMS惯性技术研究,2012-2014年于新加坡国立大学任访问学者,2016年于南京理工大学获博士学位。现主要研究方向包括MEMS惯性传感器高精度ASIC测控技术、MEMS陀螺仪在线自补偿与自校准技术。他主持国防973子专题、国家青年自然科学基金、装备预研领域基金等多项重点科研项目,以第一作者身份发表SCI/EI论文10余篇,并与2015年和2018年先后在国际集成电路领域顶级期刊IEEE JSSC上发表国内首篇关于MEMS加速度计与陀螺仪的文章。他参与撰写MEMS谐振梁加速度计ASIC英文著作《MEMS Oscillating Accelerometers and Interface Circuits》1部,申请国家发明专利3项,公开美国专利1项。

  刘骅锋,华中科技大学引力中心副研究员,博导,教育部学位中心MEMS方向学位论文通讯评审专家。2009年获得中北大学学士学位,2011年和2016年分别于英国南安普顿大学和英国帝国理工学院获得MEMS方向硕士和博士学位。近十年来一直从事高精度MEMS惯性传感器的设计、加工、电路以及测试方面的研究工作,拥有多年洁净室流片经验。他发表相关SCI/EI收录论文30余篇,授权/申请发明专利20余项,研究成果被Nature等著名期刊多次引用。他作为骨干成员参与研制的10⁻¹⁰g级高灵敏度MEMS加速度计,作为洞察号火星探测器的有效载荷,于2019年4月在火星表面首次监测到火星震信号。

  王建国,南京大学硕士,苏州捷研芯电子科技有限公司创始人,现任副总经理。他曾任职于飞索半导体、星科金朋、晶方科技等半导体封测公司技术、研发和市场等部门;20年多半导体集成电路和MEMS行业经验,在IC和MEMS传感器封测领域有深厚的技术和管理积累。他带领捷研芯团队建立了中国首条MEMS气体传感器封装生产线和SAW滤波器封装生产线,对国内最新的MEMS器件封装技术和工艺均具有丰富的经验,特别在Flip chip、WLCSP、Fan-out技术领域有世界领先的研究经验。由捷研芯推出的智能无线振动传感器已经成功签约多家世界500强企业。

  王志,博士,上海路溱微电子技术有限公司总经理。2006年毕业于南京邮电大学通信与信息工程学院,随后赴德国求学,攻读微系统工程专业,并于2009年在德国富特旺根应用技术大学取得硕士学位。2009年在德国最大的应用型研究所弗劳恩霍夫协会—硅技术研究所(Fraunhofer Gesellschaft, ISiT)从事科研工作,主攻MEMS薄膜技术。随后加入德国弗莱堡大学微系统研究所(IMTEK)从事博士研究工作,并于2013年获得德国工学博士学位。他曾任奥地利EVG集团商务拓展经理,主要负责光刻机和晶圆键合机的市场工作。回国之后创立了上海路溱微电子技术有限公司,专注于MEMS传感器(如高度计/气压传感器)的研发、生产和销售。他在MEMS产业积累了多年的研发和市场经验,在国际期刊上发表了多篇论文和论著,并多次受邀演讲。

  申强,西北工业大学机电学院空天微纳系统教育部重点实验室副研究员,硕导,长期从事MEMS技术研究,在极端环境微纳惯性传感及电路芯片设计、多维传感信息智能控制、MEMS测控系统研发等方面取得多项创新成果,应用于精密工业、国防军工等领域。他近三年主持国家重点研发计划子课题、国家自然科学基金、陕西省自然科学基金、深圳市创新计划、太仓长三角研究院产业化科技项目等多项,公开发表SCI学术论文10余篇,申请/授权国家发明专利10余项,“高精度硅微机械陀螺及其工程化技术”获得陕西省自然科学技术一等奖,“高Q值硅微机械陀螺系统特性分析与面向精度的设计方法研究”获得中国机械工程学会上银优秀机械博士论文奖,参与编著教材《传感器与测试技术》1部。此外,他还担任中国机械工程学会高级会员、《无人系统技术》青年编委、2019 IEEE ICUS国际会议分会主席。

  朱潇挺,硕士,苏州芯仪微电子科技有限公司总经理。本科毕业于华东师范大学微电子与固体电子学专业,硕士毕业于复旦大学微电子与固体电子学专业。他曾供职于亚德诺半导体技术有限公司(Analog Devices Inc.)。在音频、传感器接口电路等混合信号集成电路的设计、流片及量产拥有十多年的工作经验。

  陈方,博士,中科院上海微系统与信息技术研究所传感技术国家重点实验室副研究员,硕导,上海市惯性技术协会理事。博士期间在英国南安普顿大学ECS学院Michael Kraft教授团队和北京大学鲁文高老师团队进行联合培养,并于2014年获得美国加州大学尔湾分校Andrei Shkel教授团队博士后奖学金职位,是连续两年国家研究生奖学金的获得者,长期从事MEMS惯性传感技术的研究,在MEMS-COMBO惯性传感芯片设计、低噪声接口ASIC芯片设计、模拟/数字力平衡闭环测控技术和MEMS传感系统参数自适应智能化设计等方面取得开创性成果,并与相关国防军工单位进行了技术转让和应用。目前他主持了国家自然科学基金面上项目、青年科学基金项目、JW预研项目、上海市自然科学基金和国防横向课题等多项研究,以第一作者身份在顶级国际会议IEEE MEMS2014、MEMS2018和MEMS2019上先后发表惯性技术论文,并受邀在SENSORS2016上进行了口头报告;在领域权威期刊S、Sensors J., JMM, AIP等上发表惯性技术论文10余篇,2016年受邀在IEEE Sensors J.上发表国内首篇MEMS惯性闭环测控综述论文,参与撰写专著《中国电子信息工程领域发展研究-传感器基础》一部,获得省部级科学技术一等奖一项,授权电路发明专利6项,作为指导教师获得中国研究生电子设计竞赛一等奖一项。

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