前言：【核芯觀察】是電子發(fā)燒友編輯部出品的深度系列專欄，目的是用最直觀的方式令讀者盡快理解電子產(chǎn)業(yè)架構(gòu)，理清上、中、下游的各個環(huán)節(jié)，同時迅速了解各大細分環(huán)節(jié)中的行業(yè)現(xiàn)狀。本期【核芯觀察】，將對IMU慣性傳感器產(chǎn)業(yè)鏈上下游進行梳理，從市場現(xiàn)狀、應(yīng)用場景、產(chǎn)業(yè)鏈構(gòu)成、產(chǎn)業(yè)鏈企業(yè)分布、發(fā)展趨勢等幾個部分剖析IMU產(chǎn)業(yè)。

MEMS IMU產(chǎn)業(yè)鏈

IMU產(chǎn)業(yè)鏈上游主要是設(shè)計、MEMS晶圓制造、封裝測試等幾個部分。在設(shè)計方面，國內(nèi)企業(yè)在加速度計的領(lǐng)域具備較強設(shè)計研發(fā)能力，在消費電子端的單軸、二軸、三軸MEMS加速度計都有不少高端產(chǎn)品。MEMS IMU一般是由加速度計和陀螺儀組成，而在MEMS 陀螺儀方面，由于設(shè)計難度更大，國內(nèi)能夠推出高性能民用產(chǎn)品的廠商就比較少了。

在IMU產(chǎn)業(yè)鏈上游，國內(nèi)主要廠商有明皜傳感、矽睿科技、芯動聯(lián)科、美新半導(dǎo)體、深迪半導(dǎo)體、美泰電子、士蘭微等。其中美新半導(dǎo)體、美泰電子、士蘭微走IDM模式，具備MEMS晶圓制造以及封測能力。

海外MEMS IMU上游廠商大多具備IDM能力，包括博世、ST、TDK、霍尼韋爾、ADI等。

IMU產(chǎn)業(yè)鏈下游主要是系統(tǒng)集成商，傳感器芯片對外采購或自產(chǎn)。其中包括向下游終端應(yīng)用提供IMU/慣導(dǎo)模塊的廠商，主要是在汽車、工業(yè)等領(lǐng)域應(yīng)用。國內(nèi)廠商包括導(dǎo)遠電子、經(jīng)緯恒潤、美泰電子、華依科技、原極科技等。另外消費電子領(lǐng)域，包括智能手機、VR/AR、游戲手柄、無人機、家用機器人等都會用到MEMS IMU。

主流MEMS IMU廠商產(chǎn)品線

在整理主流廠商的MEMS IMU產(chǎn)品線時，我們先來了解IMU的關(guān)鍵參數(shù)。

測量范圍與靈敏度：測量范圍是指陀螺儀正反方向輸入角速率的最大值；靈敏度是指在規(guī)定的輸入角速率下能測量到的最小輸入角速率增量。一般來說，ADC精度一定時，測量范圍越大，靈敏度越低，需要根據(jù)應(yīng)用需求選擇產(chǎn)品。加速度計中則是可以測量的加速度幅度范圍，與靈敏度成正比，單位為g（地球重力）。

封裝誤差：陀螺儀裝配精度相對于芯片內(nèi)Z軸加速度計所測量的重力加速度方向誤差，以及裸片對角線與封裝對角線的夾角誤差。

噪聲：當陀螺儀處于零輸入狀態(tài)時，輸出信號為白噪聲和慢變隨機函數(shù)的疊加。白噪聲可以用角度隨機游走系數(shù)來表示，這是指由白噪聲產(chǎn)生的隨時間積累的陀螺輸出誤差系數(shù)。

帶寬：指陀螺儀能夠精確測量輸入角速度的頻率范圍，范圍越大陀螺的動態(tài)響應(yīng)能力越強。

分辨率：通常僅對數(shù)字輸出加速度計或結(jié)合了模數(shù)轉(zhuǎn)換器的系統(tǒng)給出加速度計的分辨
率。分辨率通常會指定為位，然后可用于計算加速度單位的分辨率。

溫度敏感性：MEMS傳感器由于是機械系統(tǒng)，材料受到溫度影響會導(dǎo)致測量結(jié)果出現(xiàn)偏差或影響靈敏度，因此需要定義傳感器靈敏度如何隨溫度變化，一般用每攝氏度的百分比偏移來表示。

從全球市場來看，目前MEMS IMU的頭部廠商有博世、霍尼韋爾、ST、TDK、ADI等。

博世：

博世是全球最大的汽車Tier1供應(yīng)商，同時在MEMS傳感器領(lǐng)域也位于頭部地位。博世的MEMS IMU產(chǎn)品覆蓋汽車、智能手機、可穿戴設(shè)備、AR 和 VR、無人機、游戲和機器人等應(yīng)用領(lǐng)域。

博世的IMU產(chǎn)品主要有面向消費電子的BMI系列和面向汽車應(yīng)用的SMI系列，產(chǎn)品線非常豐富。以幾個重點產(chǎn)品為例，BMI270是一款針對可穿戴設(shè)備優(yōu)化的超低功耗IMU，適用于腕戴設(shè)備的集成即插即用計步器/檢測器、助聽器、智能服裝、智能鞋、智能眼鏡和腳踝帶等等。BMI270作為6軸傳感器，集成了一個16位三軸陀螺儀和一個16位三軸加速度計，采用博世汽車成熟的陀螺儀技術(shù)。

其中加速度計測量范圍±2 g（靈敏度：16384 LSB/g）到±16 g（2048 LSB/g），分辨率為16位或0.06 mg/LSB；陀螺儀測量范圍±125 dps（262.1 LSB/dps）到±2000 dps（16.4 LSB/dps），分辨率為16位或0.004 dps/LSB，靈敏度誤差均為0.4%。BMI270在最高數(shù)據(jù)輸出速率時的電流消耗是685μA。

BMI088主要針對無人機和機器人應(yīng)用，由一個16位三軸加速計和16位三軸陀螺儀組成，主要特點是高抗震性和出色的溫度穩(wěn)定性，可以降低系統(tǒng)層面的設(shè)計工作量和成本。相比BMI272，BMI088由于應(yīng)用場景不同，首先是測量范圍更大，加速度計從3g到24g，陀螺儀從± 125°/s到2000°/s，但相對地功耗也更高，工作電流消耗最高是5.15mA。

在汽車ADAS應(yīng)用中，對IMU的要求則更高。SMI270是博世推出用于半自動駕駛的ASIL B級6合1慣性傳感器，可以實現(xiàn)對六個自由度（偏航、俯仰、翻滾速率以及x、y和z方向的加速度）的所有測量。典型應(yīng)用包括L2級半自動駕駛、自動駕駛和定位應(yīng)用，并可集成到攝像頭、雷達或激光雷達設(shè)備中。

SMI270測量范圍為±300或±500 °/s，±4 g或±16 g ，分辨率為16位，靈敏度為100 或50 LSB/°/s，8000 或2000 LSB/g誤差均為±2 %，供電電壓3.3V，電流小于5mA。另外由于是為汽車應(yīng)用設(shè)計的產(chǎn)品，SMI270的工作溫度范圍也相比消費級更高，達到-40-125℃。

霍尼韋爾：

霍尼韋爾的慣性測量單元IMU產(chǎn)品在航空領(lǐng)域應(yīng)用廣泛，而基于航空領(lǐng)域積累的高端IMU產(chǎn)品技術(shù)優(yōu)勢，霍尼韋爾也將產(chǎn)品拓展至工業(yè)、無人機、機器人等領(lǐng)域，目前霍尼韋爾官網(wǎng)主要展示的也是工業(yè)應(yīng)用的產(chǎn)品。

在霍尼韋爾官網(wǎng)上，IMU慣性測量單元產(chǎn)品主要是HG4930、i300、i400等，還有一些慣性傳感器和GNSS組合的慣性導(dǎo)航系統(tǒng)。以HG4960為例，HG4930是一款高性能MEMS IMU，專為滿足各種市場的應(yīng)用需求設(shè)計，廣泛用于農(nóng)業(yè)、AUV、工業(yè)設(shè)備、機器人、勘測/測繪、穩(wěn)定化平臺、運輸、無人機（UAV）和無人地面車輛（UGV）等領(lǐng)域。憑借行業(yè)標準通信接口，HG4930可輕松集成到各種架構(gòu)中。

HG4930主要優(yōu)勢是在同等尺寸和價格下性能優(yōu)良，具備先進的IMU開發(fā)、校準和補償能力，對比光纖陀螺儀是尺寸更小、功耗更低、更有成本效益的替代產(chǎn)品。

HG4930還有更高端的S級配置，主要為滿足平臺穩(wěn)定應(yīng)用的需求設(shè)計，在保證精度的同時，優(yōu)化延遲和帶寬。HG4930 S級的典型應(yīng)用包括相機等光學(xué)傳感器，以及天線穩(wěn)定等。


ST：

意法半導(dǎo)體在MEMS領(lǐng)域布局較早，產(chǎn)品線覆蓋MEMS麥克風(fēng)、壓力傳感器、加速度計、陀螺儀等。在IMU產(chǎn)品上，ST的產(chǎn)品應(yīng)用場景覆蓋汽車、工業(yè)、消費電子等，目前官網(wǎng)顯示有15款I(lǐng)MU產(chǎn)品，包括消費電子應(yīng)用的LSM6D系列、ISM系列工業(yè)應(yīng)用IMU、和ASM系列汽車應(yīng)用IMU。

2022年，ST推出了第三代MEMS傳感器，新一代的MEMS傳感器產(chǎn)品中有一個特性，就是加入了機器學(xué)習(xí)內(nèi)核，可以用于AI應(yīng)用。比如在工業(yè)產(chǎn)品中，通過邊緣計算能力對設(shè)備進行預(yù)測性維護。

在汽車應(yīng)用上，以型號為ASM330LHB的六軸IMU為例，符合AEC-Q100標準，工作溫度范圍達到-40℃至+105℃。其中加速度計用戶可選滿量程加速度范圍為±2/±4/±8/±16 g，陀螺儀測量范圍從±125到±4000 dps。同時ASM330LHB在所有設(shè)計環(huán)節(jié)都經(jīng)過優(yōu)化，可實現(xiàn)有利于傳感器輔助應(yīng)用（例如航跡推測和傳感器融合）的更高輸出穩(wěn)定性、極低噪聲和完全的數(shù)據(jù)同步。

消費應(yīng)用上，以六軸IMU LSM6DSM為例，由于面向具有OIS / EIS和AR/VR系統(tǒng)的智能手機，因此低功耗、高精度、穩(wěn)定性是主要的特性。在低功耗方面，LSM6DSM在高性能模式下以0.65 mA的電流工作，并且具有始終開啟的低功耗特性。其中加速度計支持±2/±4/±8/±16 g滿量程，陀螺儀支持角速度范圍為±125/±250/±500/±1000/±2000 dps。

另外針對智能手機應(yīng)用，LSM6DSM還支持智能嵌入式功能，比如計步器、步伐檢測器、步伐計數(shù)器、大幅運動和傾斜度檢測功能；同時支持標準中斷，包括自由落體、喚醒、6D/4D方向檢測、單擊和雙擊；對機械沖擊具有高度耐用性。

TDK（InvenSense）：

TDK的MEMS IMU產(chǎn)品線源自InvenSense，2016年TDK斥資13億美元收購所有股份。InvenSense當時主要為蘋果、三星等智能手機廠商供應(yīng)IMU，在智能手機領(lǐng)域市場份額極高。

InvenSense的制造平臺相比傳統(tǒng)的MEMS工藝結(jié)構(gòu)也有些區(qū)別，專利的Nasiri-Fabrication制程令其MEMS器件能夠在晶圓層級直接整合MEMS機械結(jié)構(gòu)與CMOS集成電路，使得芯片尺寸更小。

目前TDK官網(wǎng)上顯示，從IMU產(chǎn)品來看，主要有六軸、七軸、九軸三大IMU產(chǎn)品系列，其中七軸是三軸陀螺儀+三軸加速度計+氣壓傳感器，九軸IMU則是三軸陀螺儀+三軸加速度計+三軸羅盤。

應(yīng)用領(lǐng)域方面，主要有面向機器人應(yīng)用的TDK RoboKit1 SmartRobotics平臺，面向汽車應(yīng)用的TDK SmartAutomotive產(chǎn)品，面向工業(yè)應(yīng)用的TDK SmartIndustrial產(chǎn)品，當然也有面向智能手機和穿戴、IoT等市場的產(chǎn)品。

汽車應(yīng)用的IMU主要是IAM系列的五款產(chǎn)品。

工業(yè)應(yīng)用的IMU主要是IIM系列的兩款產(chǎn)品，可應(yīng)用于農(nóng)業(yè)、建筑設(shè)備、高清地圖測繪/測量和地理配準、工業(yè)/倉庫和汽車機器人技術(shù)、高精度 GNSS/INS 導(dǎo)航系統(tǒng)與自主投遞系統(tǒng)等。

ICM系列則面向消費電子產(chǎn)品，可應(yīng)用于AR/VR、HMD、可穿戴設(shè)備、IoT設(shè)備、無人機、遙控器等。


ADI：

ADI在MEMS行業(yè)發(fā)展中起到了舉足輕重的作用，早在1991年，ADI就推出了世界上第一款成功開發(fā)、制造并商用的MEMS加速度計ADXL50；到2002年ADI又推出了第一款集成式MEMS陀螺儀ADXRS150。

ADI的IMU產(chǎn)品目前有43款，其中ADXC系列用于汽車應(yīng)用，比如ADXC1500。ADXC1500是針對汽車電子穩(wěn)定系統(tǒng)、底盤控制等同時需要偏航角速度和加速度信號的高性能應(yīng)用而設(shè)計，內(nèi)部集成溫度傳感器可補償偏移和靈敏度性能，在?40°C至+105°C溫度范圍內(nèi)提供出色的穩(wěn)定性。在整個工作溫度范圍內(nèi)的加速度計偏置穩(wěn)定性為±30 mg，陀螺儀零點穩(wěn)定性為±2°/秒；加速度計噪聲為2.5 mg rms（典型值，35.6 Hz時），陀螺儀噪聲為0.1°/秒（典型值，35.6 Hz時），陀螺儀的線性加速度抑制0.03°/秒/g，加速度計則具備±32 g過載性能。

另外其他產(chǎn)品主要用于工業(yè)、農(nóng)業(yè)、無人機、自動駕駛、導(dǎo)航、AR/VR、運動物聯(lián)網(wǎng)等領(lǐng)域，甚至還包括戰(zhàn)術(shù)級產(chǎn)品。以ADIS16495為例，戰(zhàn)術(shù)級的主要特點是精度更高，ADI表示該IMU在工廠針對各傳感器的靈敏度、偏置、對準和線性加速度（陀螺偏置）進行校準。因此，各傳感器均有其自己的動態(tài)補償公式，可提供精確的傳感器測量。

ADIS16495陀螺儀軸到軸對齊誤差僅為±0.05°，運動中偏置穩(wěn)定度為0.8°/小時，角向隨機游動為0.09°/√小時；加速度計的運動中偏置穩(wěn)定度為3.2 μg。器件整體的抗沖擊能力達到1500g。

美泰電子：

美泰電子是中國電科產(chǎn)業(yè)基礎(chǔ)研究院下屬公司，專注于MEMS器件和系統(tǒng)的研發(fā)、生產(chǎn)和銷售，目前重點面向汽車領(lǐng)域和工業(yè)領(lǐng)域推出慣性MEMS器件以及壓力器件。

據(jù)電子發(fā)燒友網(wǎng)了解，IMU是美泰電子第一款涉足汽車領(lǐng)域的產(chǎn)品，并在2017年與車企合作推出了高精度定位模塊。截至2023年3月IMU出貨量已破百萬。

而目前美泰電子官網(wǎng)上有六款I(lǐng)MU產(chǎn)品，比如可應(yīng)用在汽車無人駕駛、電子穩(wěn)定系統(tǒng)、組合導(dǎo)航等的MSI313C。

可用于慣導(dǎo)、飛行控制、彈道修正、無人機、天線定向等應(yīng)用的MSI370A。


明皜傳感：

明皜傳感主要從事MEMS傳感器的研發(fā)、設(shè)計和生產(chǎn)，并提供相關(guān)技術(shù)服務(wù)。主要產(chǎn)品有：加速度傳感器、陀螺儀、壓力傳感器和磁傳感器，旨在為消費電子、汽車電子、工業(yè)自動化以及航空等領(lǐng)域提供所需的產(chǎn)品和集成方案。

明皜傳感目前有兩款I(lǐng)MU導(dǎo)航模塊，MMC124和MMC127，可應(yīng)用于路徑識別、機器人自主導(dǎo)航、車輛導(dǎo)航、無人機、醫(yī)療導(dǎo)軌、平衡車、柜門開關(guān)角度檢測、工業(yè)機器人等領(lǐng)域。

矽睿科技：

矽?？萍汲闪⒂?012年，專注于高質(zhì)量傳感器產(chǎn)品的設(shè)計、制造，以及增值應(yīng)用與服務(wù)，致力于成為以應(yīng)用為導(dǎo)向的多傳感器平臺，提供智能、集成、經(jīng)濟的傳感器解決方案。公司產(chǎn)品包括多款MEMS傳感器，如六軸IMU、加速度計、環(huán)境傳感器、組合傳感器等；磁性傳感器芯片，如磁力計、磁編碼器、電流傳感器、霍爾傳感器等；及汽車與物聯(lián)網(wǎng)智能模組和系統(tǒng)。應(yīng)用市場聚焦智能手機、智能穿戴、物聯(lián)網(wǎng)、智能制造，汽車電子，并向智慧醫(yī)療、元宇宙、自動駕駛市場演進。

矽睿科技目前推出了一款I(lǐng)MU產(chǎn)品QMI8658，這是一款低噪聲、高帶寬的六軸慣性測量單元（IMU），包含一個三軸陀螺儀和一個三軸加速計，采用2.5 x 3.0 x 0.86 mm 14-pin LGA 封裝。支持多種通訊接口：I3C、I2C和SPI。內(nèi)置AttitudeEngine，可滿足慣性導(dǎo)航高精度低功耗的要求，即使在低速率情況下的數(shù)據(jù)輸出也可保持高精度。

其中陀螺儀動態(tài)范圍±16°/s 至 ±2048°/s，加速度計動態(tài)范圍±2 g 至 ±16 g。 可應(yīng)用于：智慧手機、智慧可穿戴設(shè)備、TWS耳機、游戲手柄、空鼠、無人機、掃地機器人、攝像頭、升降桌、二輪電動車、投影儀、平板、T-box等，實現(xiàn)運動姿態(tài)解算，手勢或頭部姿勢識別與追蹤，傾斜角度檢測等作用。

美新半導(dǎo)體：

美新半導(dǎo)體于1999年成立，擁有二十多年的MEMS傳感器研發(fā)及生產(chǎn)技術(shù)積累，是中國最早的IDM模式慣性傳感器供應(yīng)商之一，因此在封測、晶圓制造上具備核心競爭力。美新半導(dǎo)體提供從MEMS傳感芯片、軟件算法和應(yīng)用方案的一站式解決方案，產(chǎn)品包括熱式加速度計、電容式加速度計、AMR地磁傳感器、低功耗霍爾開關(guān)、六軸IMU等。

美新半導(dǎo)體的六軸IMU產(chǎn)品目前官網(wǎng)只展示了MIC6102AL一款產(chǎn)品，該產(chǎn)品集成了3軸陀螺儀和3軸加速度計，支持游戲手柄及智能遙控器等體感互動系統(tǒng)。

深迪半導(dǎo)體

深迪成立于2008年，是中國首家研發(fā)設(shè)計商用消費級和汽車級微機電系統(tǒng)（MEMS）陀螺儀系列慣性傳感器的公司。產(chǎn)品主要應(yīng)用于IOT，手機智能終端，智能家居，人工智能，工業(yè)和智能駕艙等領(lǐng)域。

目前公司官網(wǎng)展出了三款六軸IMU產(chǎn)品，SH3001、SH3201、SH5001。

以SH3001為例，SH3001內(nèi)部集成三軸陀螺儀以及三軸加速度計，采用14 Pins LGA封裝，尺寸僅為2.5×3.0×1.0mm3，尺寸小，功耗低，適用于消費電子市場應(yīng)用，能提供高精度的實時角速度與線加速度數(shù)據(jù)。其中陀螺儀量程(dps)為±125、 ±250、±500、±1000、±2000，靈敏度(LSB/°/s)為262、131、65.5、32.8、16.4；加速度計量程(g)為 ±2、±4、 ±8、 ±16，靈敏度(LSB/g)為16384，8192，4096，2048。

而SH5001是SH3001和SH3201的迭代產(chǎn)品，在原有的產(chǎn)品特性上增加了OIS光學(xué)防抖和雙路SPI通訊，陀螺性能更高。

小結(jié)：

整體來看，海外大廠由于入局較早，目前已經(jīng)具備較為完備的IMU產(chǎn)品線，產(chǎn)品規(guī)格數(shù)量、針對的應(yīng)用領(lǐng)域等都較為豐富。目前國內(nèi)的IMU產(chǎn)品在性能參數(shù)上也開始追趕海外廠商的產(chǎn)品，但在可靠性、穩(wěn)定性上仍需要更多時間去驗證和改善，同時產(chǎn)品線規(guī)模較小，產(chǎn)品覆蓋的應(yīng)用領(lǐng)域相對較小。當然，在自動駕駛、機器人、無人機等領(lǐng)域的需求增長下，國內(nèi)IMU廠商將會迎來更大的市場機會，這也將持續(xù)帶動國產(chǎn)IMU的產(chǎn)品升級。