国外微系统技术发展资料汇编与分析研究报告.docx

国外微系统技术发展资料汇编与分析研究报告北京理工大学2014年 1月目录1.微系统技术概况 ...................................................................................................................41.1 惯性微系统基本概念及工作原理 ................................................................................41.1.1 微加速度计组合惯性微系统 ................................................................................41.1.2 微陀螺组合惯性微系统 .......................................................................................81.1.3 微加速度计-微陀螺组合惯性微系统 ................................................................101.2 集成射频前端技术概况 .............................................................................................131.2.1 集成射频前端中的射频 MEMS 开关技术概况 ....................................................151.2.2 集成射频前端中的可重构天线技术概况 ..........................................................161.2.3 集成射频前端中的射频 MEMS 滤波器技术概况 ................................................172 微系统技术发展历程及现状 .............................................................................................172.1 惯性微系统国内外发展现状 .....................................................................................172.1.1 惯性微系统国外发展现状 .................................................................................172.1.2 惯性微系统国内发展现状 .................................................................................232.2 集成射频前端发展历程与现状 .................................................................................262.2.1 集成射频前端中的射频 MEMS 开关的发展历程 ................................................262.2.2 集成射频前端中的可重构天线的发展历程 ......................................................302.2.3 集成射频前端中的射频 MEMS 滤波器的发展历程 ............................................343 微系统技术的典型应用 .....................................................................................................393.1 惯性微系统的典型应用 .............................................................................................393.1.1 惯性制导导弹 .....................................................................................................393.1.2 依靠惯性微系统导航的无人机 ..........................................................................423.2 集成射频前端的典型应用 ..........................................................................................453.2.1 个人通信 .............................................................................................................463.2.2 通信终端 .............................................................................................................483.2.3 信息化作战 .........................................................................................................504.对微系统技术的发展建议 .................................................................................................5434.1 对惯性微系统发展的建议 .........................................................................................544.2 对我国集成射频前端发展的分析与建议 ...................................................................55参考文献 .................................................................................................................................561.微系统技术概况1.1 惯性微系统基本概念及工作原理惯性微系统是建立在 MEMS(Micro-Electro-Mechanical Systems)技术上的将惯性传感器（如微加速度计、微陀螺）与相关辅助器件组合在一起并实现导航、定位等功能的微小系统。

惯性微系统一般由如下部分组成：惯性传感器（微加速度计和微陀螺），信号处理器，信号控制器，电源管理器，接口部分目前越来越多的传感器件被加入到惯性微系统里，如磁力计、温度传感器、压力传感器等惯性微系统按照其惯性元件的组成可以分为微加速度计组合惯性微系统、微陀螺组合惯性微系统、微加速度计-微陀螺组合惯性微系统微加速度计组合惯性微系统可以分为单微加速度计惯性微系统和多微加速度计惯性微系统；微陀螺组合惯性微系统也可分为单微陀螺惯性微系统和多微陀螺惯性微系统其中每一项又可以根据其测量的轴数再行细分微加速度计-微陀螺组合惯性微系统按其可测量的量的个数分为四自由度惯性微系统、六自由度惯性微系统、七自由度惯性微系统、九自由度惯性微系统和十自由度微系统等惯性微系统按其用途来分，分为惯性导航定位微系统（下文简称惯性导航微系统）、惯性引信制导微系统等其中九自由度和十自由度的惯性微系统多为惯性导航微系统对于同自由度的惯性微系统来说，其作为不同用途时原理和结构基本类似，故下文采用对惯性微系统进行自由度分类的方式进行介绍，介绍完毕后将对不同自由度的惯性微系统进行性能方面的对比1.1.1 微加速度计组合惯性微系统基于 MEMS 的加速度计器件在于 1977 年就已经研发出来,但其稳定性差,零漂温漂严重。

由于采集和传输信号较为复杂，人们也渐渐探索着将各种调理电路和寄存器集合在加速度计上，同时为了解决微加速度计中电路的温漂问题,温度传感器被集成进入微加速度计微系统随着不同功能在微加速度计上的集成化，逐步产生了多种传感器集成在微小空间的基于惯性测量的一种装置,即惯性微系统微加速度计组合惯性微系统就微加速度计的数量来说可以分为单微加速度计惯性微系统和多微加速度计惯性微系统其中单微加速度计惯性微系统根据其测量的维数可以分为单轴单微加速度计惯性微系统、双轴单微加速度计惯性微系统和三轴单微加速度计惯性微系统多微加速度计惯性微系统一般来说可5测量维数比较多，除了可以测量加速度量外，有的还可以测量角速度和倾角等物理量单微加速度计惯性微系统单微加速度计惯性微系统与传统的单个微加速度计的重要区别是其内部除了有惯性器件外，一般还集合其它类型的传感器，比如温度传感器、磁力计等目前许多的单微加速度计惯性微系统都已经具有了信号处理模块、A/D 转换模块、串口通信模块、时钟模块等，整个系统可以独立完成功率分配、数模转换、信号滤波和自我控制等功能如图 1.1 为美国亚德诺公司生产的 ADIS16223 数字三轴微加速度计组合惯性微系统。

它将微加速度计和温度传感器有效地结合，利用温度传感器测出的温度值对整个系统进行有效地补偿，从而达到对温漂的调节作用另外，系统还可以通过外设穿行接口将温度信息直接发送，将对整个系统的工作有参考作用系统内部含有自检测装置，可以在使用的过程中有效地保持精度图 1.1 ADIS16223 单微加速度计惯性微系统图 1.2 为 ADIS16223 数字三轴微加速度计惯性微系统原理图，从图上可以看出片上系统包括了加速度测量模块、温度传感器、模数转换器、控制器、输入/输出接口、滤波器、输出寄存器、时钟和控制器等模块这类微加速度计惯性微系统具有很高的代表性，目前大多数系统都具有了信号采集、处理、发送、接收和控制的功能并且目前许多单微加速度计惯性微系统已经不仅仅可以测量加速度，如 ADIS16203 型惯性微系统就是利用测量加速度，通过信号处理对运动物体的倾角进行测量图 1.2 ADIS16223 单微加速度计惯性微系统原理框图多微加速度计惯性微系统由于单微加速度计的测量值有限，即使经过了信号处理还可能无法达到人们的精度要求，或者需要测量值的个数本来就超过了三个方向的加速度值，这时单微加速度计惯性微系统就无法满足应用需要。

解决上述问题的一个方法就是使用多微加速度计惯性微系统多微加速度计惯性微系统从另一个角度成为无微陀螺的惯性测量微系统多微加速度计惯性微系统是指将多个微加速度计和控制器、滤波器等各种器件集成在基于 MEMS 技术的芯片上构成的系统一般来说多微加速度计惯性微系统相对于单微加速度计惯性微系统的优势为数据输出更为稳定、测量结果更为精确，有些还可以测量角速度、倾角等物理量对于测量除加速度外多个量的多微加速度计惯性微系统来说，研究重点为其微加速度计的配置问题，通过在空间内安置一。