传感需求多变，MEMS器件集合体IMU如何应对

电子发烧友网报道（文/李宁远）在运控领域，IMU一直都是核心的传感器件，想要实现精准的运动，IMU提供的速度信息是必不可少的。尤其是近年来自动驾驶、无人驾驶等话题的高涨，IMU覆盖的应用也是越来越广。
 
MEMS重要类别——IMU
 
惯性测量单元一直是MEMS市场里重要的产品类型，主要包括加速度计、陀螺仪和磁力计。如今，由分立的惯性测量单元组合成的三轴、六轴、九轴IMU，将加速度传感器、陀螺仪、磁传感器等MEMS器件集成在一起，以满足生产厂商更小体积、更低成本的要求。
 
惯性传感器的应用场景随着其精度级别的差异有着严格的区分。低精度级别的IMU，广泛应用于消费类电子中的各种设备，尤其是现在越来越多电子设备配置了运动检测等类似的功能，这些功能都需要用到惯性传感。
 
中等精度级别的惯性传感，在汽车ESP、ADAS和GPS导航系统中很常见。汽车正在朝着高等级自动驾驶升级，自动驾驶车辆想要实现对道路状况进行实时预测，前提就是自动驾驶汽车必须具备超强的检测感知能力。
 
惯性导航系统是L3及以上等级自动驾驶车辆不可或缺的模块，其特点是更新频率高，能够在GPS、GNSS、5G等外部信号不佳时通过自身运动信息实现定位。
 
当然目前热门的汽车应用中，单一惯性传感仍然是不够的，因为有个缺点，即误差会随着时间的推进而增加，所以单一惯性传感只能短时用于定位。常见的是GPS＋IMU的方案，机器视觉、UWB、激光雷达等各种传感定位技术与IMU的融合进化也在自动驾驶中发挥出重要作用。
 
超高精度的惯性传感，则属于军工和航空航天级应用。各种精度级别的惯性传感，在不同应用中提供了相对精准的运动信息，可以说离开了惯性传感器，运动测量定位就无从谈起。
 
MEMS器件的集合，IMU如何发展
 
MEMS加速度计和MEMS陀螺仪是基础的IMU组成器件，IMU发展到现在，也已经不局限于这两类器件。现在的很多IMU会将加速度计、陀螺仪、压力传感器、磁传感器等等器件和信号处理电路等功能零件集成在硅芯片内，实现“芯片级导航”。
 
MEMS加速度计是测量运载体加速度的器件，本质上它是一个一自由度的振荡系统，是MEMS领域非常成熟的一类器件。
 
MEMS加速度计一般走电容路线，相比传统电容加速度计已经在小尺寸、低功耗和更快的频率响应上做得越来越好。精度上不管是内部集成ADC还是外部配置ADC，都已经可以做的很高。
 
MEMS陀螺仪则用于角速率测量，其原理与加速度计工作原理相似，陀螺仪的上层活动金属与下层金属形成电容。现在的MEMS陀螺仪在分辨率和灵敏度上都在做进一步提升。
 
作为各种MEMS器件的集合，IMU除了在精度上更进一步，低功耗的转变尤为突出。尤其是中小型应用，对低功耗的需求十分明显。目前在IMU领域，低功耗的竞争非常激烈，如何独立于处理器进行检测并保持低功耗，是现在每个IMU厂商都在突破的。
 
除此之外，为了弥补IMU天生因为自恃性在漂移、误差上的劣势，融合其他传感技术也是厂商们保证精准运动检测相当常见的一种办法。硬件上需要将IMU与其他特色各异的传感器进行融合补足，算法层面上也需要着力去优化零漂等问题。单一IMU总是会有缺陷的，融合传感是未来汽车等热门领域重点关注的发展方向。
 
小结
 
传感器作为感知外界信息的媒介，不管是在消费类市场还是更高精度的应用市场都有着不可替代的重要价值。IMU作为运动检测的核心传感器，给极度依赖外部数据的系统提供了至关重要的辅助数据，在新兴市场需求的驱动下，IMU也在融合技术路线上走得更远了。