【核芯觀察】IMU慣性傳感器上下游產業梳理（三）

前言：【核芯觀察】是電子發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業架構，理清上、中、下游的各個環節，同時迅速了解各大細分環節中的行業現狀。本期【核芯觀察】，將對IMU慣性傳感器產業鏈上下游進行梳理，從市場現狀、應用場景、產業鏈構成、產業鏈企業分布、發展趨勢等幾個部分剖析IMU產業。

MEMS IMU產業鏈

IMU產業鏈上游主要是設計、MEMS晶圓制造、封裝測試等幾個部分。在設計方面，國內企業在加速度計的領域具備較強設計研發能力，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，由于設計難度更大，國內能夠推出高性能民用產品的廠商就比較少了。

在IMU產業鏈上游，國內主要廠商有明皜傳感、矽睿科技、芯動聯科、美新半導體、深迪半導體、美泰電子、士蘭微等。其中美新半導體、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產業鏈下游主要是系統集成商，傳感器芯片對外采購或自產。其中包括向下游終端應用提供IMU/慣導模塊的廠商，主要是在汽車、工業等領域應用。國內廠商包括導遠電子、經緯恒潤、美泰電子、華依科技、原極科技等。另外消費電子領域，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廠商產品線

在整理主流廠商的MEMS IMU產品線時，我們先來了解IMU的關鍵參數。

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，需要根據應用需求選擇產品。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時，輸出信號為白噪聲和慢變隨機函數的疊加。白噪聲可以用角度隨機游走系數來表示，這是指由白噪聲產生的隨時間積累的陀螺輸出誤差系數。

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響應能力越強。

分辨率：通常僅對數字輸出加速度計或結合了模數轉換器的系統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，材料受到溫度影響會導致測量結果出現偏差或影響靈敏度，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供應商，同時在MEMS傳感器領域也位于頭部地位。博世的MEMS IMU產品覆蓋汽車、智能手機、可穿戴設備、AR 和 VR、無人機、游戲和機器人等應用領域。

博世的IMU產品主要有面向消費電子的BMI系列和面向汽車應用的SMI系列，產品線非常豐富。以幾個重點產品為例，BMI270是一款針對可穿戴設備優化的超低功耗IMU，適用于腕戴設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。

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在最高數據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定性，可以降低系統層面的設計工作量和成本。相比BMI272，BMI088由于應用場景不同，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。典型應用包括L2級半自動駕駛、自動駕駛和定位應用，并可集成到攝像頭、雷達或激光雷達設備中。

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用設計的產品，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產品在航空領域應用廣泛，而基于航空領域積累的高端IMU產品技術優勢，霍尼韋爾也將產品拓展至工業、無人機、機器人等領域，目前霍尼韋爾官網主要展示的也是工業應用的產品。

在霍尼韋爾官網上，IMU慣性測量單元產品主要是HG4930、i300、i400等，還有一些慣性傳感器和GNSS組合的慣性導航系統。以HG4960為例，HG4930是一款高性能MEMS IMU，專為滿足各種市場的應用需求設計，廣泛用于農業、AUV、工業設備、機器人、勘測/測繪、穩定化平臺、運輸、無人機（UAV）和無人地面車輛（UGV）等領域。憑借行業標準通信接口，HG4930可輕松集成到各種架構中。

HG4930主要優勢是在同等尺寸和價格下性能優良，具備先進的IMU開發、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品。

HG4930還有更高端的S級配置，主要為滿足平臺穩定應用的需求設計，在保證精度的同時，優化延遲和帶寬。HG4930 S級的典型應用包括相機等光學傳感器，以及天線穩定等。


ST：

意法半導體在MEMS領域布局較早，產品線覆蓋MEMS麥克風、壓力傳感器、加速度計、陀螺儀等。在IMU產品上，ST的產品應用場景覆蓋汽車、工業、消費電子等，目前官網顯示有15款IMU產品，包括消費電子應用的LSM6D系列、ISM系列工業應用IMU、和ASM系列汽車應用IMU。

2022年，ST推出了第三代MEMS傳感器，新一代的MEMS傳感器產品中有一個特性，就是加入了機器學習內核，可以用于AI應用。比如在工業產品中，通過邊緣計算能力對設備進行預測性維護。

在汽車應用上，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在所有設計環節都經過優化，可實現有利于傳感器輔助應用（例如航跡推測和傳感器融合）的更高輸出穩定性、極低噪聲和完全的數據同步。

消費應用上，以六軸IMU LSM6DSM為例，由于面向具有OIS / EIS和AR/VR系統的智能手機，因此低功耗、高精度、穩定性是主要的特性。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IMU，在智能手機領域市場份額極高。

InvenSense的制造平臺相比傳統的MEMS工藝結構也有些區別，專利的Nasiri-Fabrication制程令其MEMS器件能夠在晶圓層級直接整合MEMS機械結構與CMOS集成電路，使得芯片尺寸更小。

目前TDK官網上顯示，從IMU產品來看，主要有六軸、七軸、九軸三大IMU產品系列，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。

應用領域方面，主要有面向機器人應用的TDK RoboKit1 SmartRobotics平臺，面向汽車應用的TDK SmartAutomotive產品，面向工業應用的TDK SmartIndustrial產品，當然也有面向智能手機和穿戴、IoT等市場的產品。

汽車應用的IMU主要是IAM系列的五款產品。

工業應用的IMU主要是IIM系列的兩款產品，可應用于農業、建筑設備、高清地圖測繪/測量和地理配準、工業/倉庫和汽車機器人技術、高精度 GNSS/INS 導航系統與自主投遞系統等。

ICM系列則面向消費電子產品，可應用于AR/VR、HMD、可穿戴設備、IoT設備、無人機、遙控器等。


ADI：

ADI在MEMS行業發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、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產品目前有43款，其中ADXC系列用于汽車應用，比如ADXC1500。ADXC1500是針對汽車電子穩定系統、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用而設計，內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溫度范圍內提供出色的穩定性。在整個工作溫度范圍內的加速度計偏置穩定性為±30 mg，陀螺儀零點穩定性為±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。

另外其他產品主要用于工業、農業、無人機、自動駕駛、導航、AR/VR、運動物聯網等領域，甚至還包括戰術級產品。以ADIS16495為例，戰術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業基礎研究院下屬公司，專注于MEMS器件和系統的研發、生產和銷售，目前重點面向汽車領域和工業領域推出慣性MEMS器件以及壓力器件。

據電子發燒友網了解，IMU是美泰電子第一款涉足汽車領域的產品，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上有六款IMU產品，比如可應用在汽車無人駕駛、電子穩定系統、組合導航等的MSI313C。

可用于慣導、飛行控制、彈道修正、無人機、天線定向等應用的MSI370A。


明皜傳感：

明皜傳感主要從事MEMS傳感器的研發、設計和生產，并提供相關技術服務。主要產品有：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、工業自動化以及航空等領域提供所需的產品和集成方案。

明皜傳感目前有兩款IMU導航模塊，MMC124和MMC127，可應用于路徑識別、機器人自主導航、車輛導航、無人機、醫療導軌、平衡車、柜門開關角度檢測、工業機器人等領域。

矽?？萍?/strong>：

矽?？萍汲闪⒂?012年，專注于高質量傳感器產品的設計、制造，以及增值應用與服務，致力于成為以應用為導向的多傳感器平臺，提供智能、集成、經濟的傳感器解決方案。公司產品包括多款MEMS傳感器，如六軸IMU、加速度計、環境傳感器、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；及汽車與物聯網智能模組和系統。應用市場聚焦智能手機、智能穿戴、物聯網、智能制造，汽車電子，并向智慧醫療、元宇宙、自動駕駛市場演進。

矽?？萍寄壳巴瞥隽艘豢領MU產品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。內置AttitudeEngine，可滿足慣性導航高精度低功耗的要求，即使在低速率情況下的數據輸出也可保持高精度。

其中陀螺儀動態范圍±16°/s 至 ±2048°/s，加速度計動態范圍±2 g 至 ±16 g。 可應用于：智慧手機、智慧可穿戴設備、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，實現運動姿態解算，手勢或頭部姿勢識別與追蹤，傾斜角度檢測等作用。

美新半導體：

美新半導體于1999年成立，擁有二十多年的MEMS傳感器研發及生產技術積累，是中國最早的IDM模式慣性傳感器供應商之一，因此在封測、晶圓制造上具備核心競爭力。美新半導體提供從MEMS傳感芯片、軟件算法和應用方案的一站式解決方案，產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、六軸IMU等。

美新半導體的六軸IMU產品目前官網只展示了MIC6102AL一款產品，該產品集成了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。

深迪半導體

深迪成立于2008年，是中國首家研發設計商用消費級和汽車級微機電系統（MEMS）陀螺儀系列慣性傳感器的公司。產品主要應用于IOT，手機智能終端，智能家居，人工智能，工業和智能駕艙等領域。

目前公司官網展出了三款六軸IMU產品，SH3001、SH3201、SH5001。

以SH3001為例，SH3001內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用，能提供高精度的實時角速度與線加速度數據。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的迭代產品，在原有的產品特性上增加了OIS光學防抖和雙路SPI通訊，陀螺性能更高。

小結：

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