MEMSASIC路在何方——可编程ASIC解决方案.docxVIP

纵使传感器厂商对ASIC（专用集成电路）要求变得更高，一些领先的ASIC供应商依然迎头赶上，推出可编程ASIC及其开发平台以加速产品上市。Si-Ware和acam都推出可编程ASIC解决方案，满足MEMS传感器厂商的定制化需求，他们第一款ASIC产品分别面向高性能惯性传感器和压力传感器。中国微纳技术俱乐部 王懿/译纵使传感器厂商对ASIC（专用集成电路）要求变得更高，一些领先的ASIC供应商依然迎头赶上，推出可编程ASIC及其开发平台以加速产品上市。Si-Ware和acam都推出可编程ASIC解决方案，满足MEMS传感器厂商的定制化需求，他们第一款ASIC产品分别面向高性能惯性传感器和压力传感器。对于高性能MEMS传感器，ASIC是非常重要的一部分，可占其成本的三分之一。目前，MEMS领域正朝着小型化、智能化方向发展：信号更微弱、器件更多功能、融合算法更复杂，因此ASIC越来越复杂、越来越昂贵！据Yole统计，2012年MEMS ASIC市场规模约为34亿美元。然而，一些ASIC供应商嗅到新商机：市场需要一种解决方案来代替单纯的客户定制设计，以缩短开发时间和降低成本。虽然标准的传感器ASIC可以满足一些常规应用，但是无法满足汽车级和工业级压力传感器的可编程需求允许用户定制开发传感应用固件。图1 MEMS传感器ASIC芯片的市场预测Si-Ware提供可编程ASIC开发平台以加快惯性传感器研发Si-Ware是一家无晶圆厂芯片设计公司，为高性能单轴惯性传感器提供可编程ASIC方案，用户可以对电容范围、驱动频率和输出参数做一些调整。目前，Tronics为其高性能单轴陀螺仪选用Si-Ware可编程ASIC。Si-Ware还提供一套可编程ASIC开发板（其中MEMS传感器芯片放在子板上）和PC软件，以帮助用户评估和展现MEMS传感器芯片特性，同样这也有助于评估和选用ASIC。“这可以将MEMS传感器设计周期从12-18个月降低到6-9个月，” Si-Ware商务拓展副总裁Scott Smyser说道，“尽管这款ASIC是为高性能单轴传感器开发的，但是该开发板是一个通用的传感器平台，并已经帮助许多用户快速获得MEMS传感器芯片信息，加速了ASIC研发工作。用户产品包括2轴陀螺仪、6轴加速度计+陀螺仪组合传感器等。我们负责ASIC设计、流片和测试工作，交给客户高质量芯片。”虽然MEMS传感器制造商正推动产业更快发展，但是他们也需要越来越复杂的设计。“随着MEMS传感器芯片本身的量产工作已经改善很多，并且芯片尺寸逐步减小，成本也逐步降低，但是ASIC功能却越来越复杂。” Scott Smyser指出，“ASIC厂商一定要集成更多功能，基本上可以向MCU看齐。因此，我们现在把更多的精力投入到ASIC功能上，而不是给MEMS器件建模。”在MEMS业务部分，Si-Ware最近推出了MEMS光谱仪芯片（1 x 1 cm2），该芯片可以实现在手持设备应用（如智能手机），目前Si-Ware已将该技术成功授权给日本滨松集团。另外，时钟产品部门也宣布了最新消息：即将发布全硅CMOS振荡器。acam为电容式传感器提供多功能可编程ASIC解决方案同样提供ASIC开发平台和评估板的公司是acam一家德国无晶圆厂ASIC供应商，然而其主营业务是非MEMS传感器的工业市场，为暖通空调系统和工厂控制系统提供压力、湿度、力、流程传感器的信号调理电路。但是现在acam开始关注MEMS领域，为MEMS传感器厂商提供电容式MEMS传感器的ASIC芯片。前2代ASIC用于商业化的中档压力传感器和湿度传感器，第3代ASIC已经在噪声方面做了改善，可用于高性能压力和惯性传感器。当MEMS传感器芯片连接到ASIC评估板时，内置的前端信号调理电路通过8个电容通道提供原始数据。固件上的48位DSP通常由外部微控制器来操作，如校正非线性、传感器融合功能、通过温湿度情况计算露点以控制空调系统。用户也可以自己编写软件以实现其它功能，如特定的阈值应用或滤波器。目前现有的解决方案可以帮助用户减少开发时间，降低成本，但是对于一些特定的应用，芯片过多的功能会占用较大的芯片面积，反而增加了成本。因此，acam正在为用户考虑以提供精简的或定制的解决方案。图2 acam公司的传感器评估板“客户选择我们的主要原因是高分辨率、宽电容范围（从fF到nF），” acam美国区销售经理Ralf Emberger说道，“acam使用的技术不是模拟-数字转换技术，而是时间-数字转换技术，具有非常高的分辨率和低噪声，但是一些人并不熟悉。”此外，acam还宣称具有在传感器芯片上集成全CMOS IP核的能力。“我几乎可以肯定，全球将采用更先进的集成方法将压力传感器与CMOS集成，可用于胎压监测系统。”大趋势仍然是满足更复杂的设计要求总体来看，MEMS器件成本分为3部分：（1）MEMS芯片约占三分之一；（2）封装和测试约占三分之一；（3）ASIC及IC组件约占三分之一。需要说明的是：简单的加速度计和麦克风ASIC约占成本15%，复杂的汽车级陀螺仪和MEMS振荡器ASIC约占34%。ASIC价值很可能会增加，因为随着MEMS芯片缩小和信号减弱，对信号调理的要求越来越苛刻；另外MEMS传感器从单轴到多轴，从分立到组合，需要更多传