实现新一代航空电子系统

最近几代的MEMS技术已经能够为航空电子设备提供高度 可靠的关键性能，可大幅降低尺寸、重量、功耗(SWAP)和 成本。

在航空电子行业以及其它同样具有高要求的应用中，基于 上一代MEMS或其它惯性技术的传统解决方案在满足性能 目标方面有目共睹。然而，这些技术在降低成本和其它经 济实用性方面的进步却非常有限。新一代的航空电子系统 承受着改善这些情况的压力，使设备制造商面临着需在无 更优技术可选的情况下完成开发目标的挑战。航空电子设 备集成商目前所面对的是一个重大的两难处境，即维持性 能不变的同时改善SWAP/成本。

纵观目前整个电子行业的惯性MEMS元件，可以看出，这 项技术可分为三大不同的应用方向。相应的解决方案都源 于这些主要应用领域之一：军事、汽车或消费电子。数十 年来，面向军事应用的技术一向极为可靠，但在SWAP和 成本方面并不灵活。面向消费电子的技术能够满足苛刻的 成本要求，但在性能和耐用性方面作了明显的让步。但 是，面向汽车行业的技术针对苛刻的目标而将所有关键参 数进行了特别优化：性能、耐用性、成本、尺寸、重量和 功耗。显然，各行业进一步发展的路线图/潜力都有极大的 不同，参见图1。

 

 

 

新一代航空电子平台满足下文表1中的惯性检测系统规格：

ADI MEMS技术能够满足这些要求的一个重要因素，便是 其高度可靠的四核陀螺仪检测结构，如图2所示。此结构 可抑制角度检测机制的冲击和振动影响，用于航空电子、 汽车、医疗和智能弹药项目中具有良好的口碑。两对反相 谐振器的对称特性为非旋转输入提供了高共模抑制性，同 时依靠高谐振器和高解调频率(约18 kHz)提供出色的带外信 号抑制性能。内核传感器上执行可靠线性加速度/振动分 析，包括扫描高于谐振频率的信号范围，展示了其抑制这 类干扰的能力。

 

 

 

除了稳定的传感器内核设计，传感器信号调理的良好匹配 与优化也同样重要。基本工作原理是：传感器元件捕捉真 实运动(即结构旋转)，并将其转换为可测量的电气信号(即 电压)。若不适当注意带宽、时序、相位、采样速率、分辨 率和其它漂移特性(比如温度和电压稳定性)，则该转换操 作和随后的处理可能会不够精确。这些都有赖于高级、可 靠的传感器信号调理能力。ADI将其专利的MEMS IP与业界 领先的信号处理能力相结合，从而在高性能MEMS领域一 枝独秀。

ADI惯性测量单元(IMU)解决了复杂航空电子系统中惯性 传感器的部署难题，此种部署必须依靠尺寸不同的多种传 感器才能正确识别复杂的运动。iSensor^® IMU集成高达10自 由度的检测能力，提供全部必要的对齐、校准、一阶传感 器融合、出厂集成和测试。

 

 

 

比如说， ADIS16485/ADIS16488 iSensor^®MEMS惯性测量单 元(IMU)(图3)是目前航空电子系统所采用的6/10自由度传 感器，满足一切性能和可靠性目标(表2)，SWAP优势高达 一个数量级。

经验证，该MEMS技术优于FOG惯性技术。最近我们将 ADI ADIS16485 MEMS IMU与一款价值3万美元的传统FOG IMU进行了横向对比，结果得到了相似的性能等级。此 外，MEMS器件在关键的SWAP和成本参数上的优势要高 出一个数量级。表3总结了这项行业研究的结果，其中， 关键的MEMS航向性能参数与价值3万美元的FOG器件的性 能差异不到5%。

在复杂和恶劣条件下保持关键性能

MEMS IMU设计中有三项关键因素，可确保抑制振动或其 它外来信号输入的相关错误运动伪像。无论在内核传感器 元件、子系统设计或是信号处理中，设计要求在本质上都 需要抑制一切干扰运动伪像，从而保持复杂运动条件下的 信号完整性。为了进一步增强性能，iSensor MEMS 子系统在部署时针对每一条测量轴均采用多个(四通道谐振器)传感 器，其中两个传感器根据第二对传感器进行机械重定向， 从而提供一阶校正系统，进一步消除非旋转引起的输出信 号，即抑制共模信号干扰(热、电和残留加速度灵敏度)。 为了保留内核传感器元件和子系统设计所实现的高性能， 该器件以较高的数据速率进行数据处理(充分过采样)。

MEMS IMU开发中借鉴了ADI多年的传感器、信号处理和 应用经验，以满足恶劣的航空电子、汽车和军事环境下的 性能与耐用性要求。目前内核传感器为第三代，产品出货 量已超过1000万片，用于高度可靠的高性能终端应用。

ADIS16485内核传感器处理元件将获得DO178/254 DAL-B认 证。硬件与软件均遵循严格的规范、设计、验证和认证流 程，这些均严格管理并处于配置控制之下。ADI的内核惯 性检测技术量产已有三十年，而根据目前和未来的航空电 子、国防以及工业应用等领域的设计需要，其ADIS1648X IMU系列预计产品生命周期将远在2030年之后。同时， ADI进一步完善其性能领先的SWAP和具有成本优势的 MEMS技术，将应用范围扩大到光纤和传统军事惯性检测 领域。

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