高集成MEMS成InvenSense杀手锏，九轴运动传感器领潮流

作者：徐韬

有一位伊朗人Steve Nasari，30多年前独自来到美国柏克莱大学念书，自毕业后为了一圆其大学时期对于MEMS的梦想，前前后后共创立了多达6家的MEMS设计公司，第六家就是Invensense。这家公司成立于2003年，在2006年因为得到高通的投资而被业界关注，而且在2007年被《EE Times》美国版入选为年度最值得关注的60家新兴半导体公司之一(Silicon 60)。

Invensense最早是做陀螺仪起家，现在则把陀螺仪和加速计以及电子罗盘等传感器集成在一起，再加上内置数字运动处理器，可以直接把原始数据处理成应用程序可读的数据，这样减轻了应用处理器的处理负担。根据不同的要求，该公司开发了三轴，六轴甚至九轴的运动传感器，轴数越大，集成的传感器种类就越多。这样就可以满足不同应用对动作捕捉的要求。即使是三轴运动传感器，也可以配合其他公司的加速度计和电子罗盘，组成九轴的运动感测。

以现有主力产品MPU-3000系列为例，它是业内第一个针对智能手机完整运动处理所设计的系列产品，运动感测范围由250到2000°/sec、内置16-bit的模拟/数字转换器(ADC)、可编程的数字滤波器、出厂前校准至1%的敏感度、自带多个感测组件融合算法技术(sensor fusion)，以及13mW的低功耗，芯片的尺寸只有4x4x0.9mm。MPU-3000的另一创举是它集成了第二个I2C接口来链接外接的传感器到内置DMP，该机制使DMP得以接收陀螺仪与加速器的输出信号，执行多个感测组件融合算法技术(sensor fusion)，再以Quaternion数据输出到手机应用处理器，这样可以减轻传感器时间同步化及融合演算带给应用处理器的负荷。该公司运动处理业务部门副总裁姜正耀认为相比自己的主要对手，他们的产品最大的优势是高集成度，由于自己特殊的工艺，可以把多种MEMS传感器和专用处理器集成在一个芯片内，而自己最大的对手（一家欧洲公司）还是用多芯片SIP封装的方式，在厚度上要超过0.9mm，难以应用在手机等手持移动设备上。

除了产品本身的高集成度和内置数字运动处理器，该公司的在软件方面也引导着行业趋势，谷歌的安卓系统从2.3版本以后就加入了由InvenSense撰写的支持运动感测的API，还开发了动作捕捉的扩展API，在4.0版本中则直接在内核中集成了InvenSense的硬件驱动，也就是说智能手机和平板电脑厂商可以直接使用该公司的传感器而不用另外开发驱动程序。同时，在微软的Windows8平台上，也支持触摸屏和九轴运动感测功能，在使用微软系统的平板电脑Slate上，InvenSense已经开发了驱动程序和校准程序，是微软的主要合作伙伴。

InvenSense在正式开张前，Nasiri就已花了1年多时间在家埋头钻研，开创出一套前无独特的MEMS设计公司营运模式， InvenSense 拥有 Nasiri-Fabrication 制造平台的所有知识财产权及专利，而且因为运动感测的庞大商机， MEMS代工厂都非常有意愿配合该平台为其独家生产。该平台整合了MEMS机械设计和制造、混合讯号ASIC设计，以及晶圆级封装技术，因此能将开发出兼具小尺寸、低成本与高性能的MEMS产品。而其中最主要的成本缩减在于晶圆级封装技术，InvenSense的MEMS陀螺仪能够直接绑定在CMOS芯片上，并且达到完整的密封，不需装配其他组件。这种做法能够大幅减少封装与测试的成本，而这一部分往往是MEMS组件与CMOS芯片集成在一起时，最耗费成本的部分。同时，通过这样的技术，可使他们的MEMS产品能够承受高达10,000g的冲击力，非常适用于手持移动装置。

现在任天堂是他们的单一最大客户，在2011财年，面向任天堂的销售占InvenSense总营收的73%。

本文来自《电子工程专辑》2012年1月刊，为本刊作者原创，谢绝转载。