MEMSASIC路在何方可编程ASIC解决方案

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MEMSASIC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1MEMS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ScottSmyser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。”ScottSmyser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（1x1cm2），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2acam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RalfEmberger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CMOSIP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，需要更多传感器校准和应用算法；还有其它新兴的MEMS器件也将需要复杂的ASIC，如微测辐射热计需要逐个像素控制，MEMS扬声器需要高压激活和闭环控制。这些挑战意味着即使传统MEMS大厂也需要将一些复杂的ASIC设计业务外包，以节省人力成本。