Уроки импортозамещения от MT Microsystems: МЭМС-компоненты для навигации и связи

Компания MT Microsystems с 25-летним опытом разработки и производства инерциальных МЭМС-компонентов открывает российским потребителям новые возможности использования акселерометров, гироскопов, БИНС, узлов АФАР для ответственных применений. Собственный девиз «Постигать мир и вести за собой к будущему» воплощается компанией буквально, об этом говорят её производственные и рыночные успехи.

Один из столпов китайской индустрии МЭМС (Микроэлектромеханические системы) компонентов для инерциальных измерительных систем и средств радиосвязи, компания MT Microsystems более двух десятилетий ведет собственные разработки и развивает полупроводниковые технологии для обеспечения импортозамещения. Показателем признания успехов служит председательство компании в национальной Ассоциации производителей МЭМС-компонентов. Основой рыночной устойчивости производителя служит штат квалифицированных сотрудников, число которых превысило в 2021 г. 200 человек, а также полный собственный производственный цикл на промышленной площадке в г. Шицзячжуаўн в провинции Хэбэй континентальной части КНР. На заводе предприятия функционирует производство МЭМС на базе 6І пластин КНИ (кремний на изоляторе) с проектными нормами 0,5 мкм. В конце производственной цепочки происходит корпусирование кристаллов в ИМС (интегральная микросхема) для поверхностного монтажа, а также сборка и калибровка функционально законченных модулей БИНС (бесплатформенная инерциальная навигационная система) на основе собственных ИМС. Основные компетенции компании: инерциальные МЭМС-датчики и модули для навигации, разнообразные автомобильные датчики, датчики давления, МЭМС-ключи для радиопередающих устройств.

Главные рынки, для которых работает MT Microsystems:

• национальная космическая программа и авиация,
• подвижной состав и инфраструктура высокоскоростных железных дорог,
• автомобилестроение,
• беспилотная навигация и системы помощи при вождении для наземного транспорта,
• геофизические исследования, системы внутрискважинной навигации и диагностики при бурении и добыче,
• сейсмография и промышленный вибромониторинг,
• потребительская электроника: Интернет вещей, умные дома, умная бытовая техника,
• системы радиосвязи и радиолокации диапазонов ВЧ/СВЧ.

Российские проекты, реализованные при участии ООО «Фаворит-ЭК», которые стали возможны благодаря применению продукции MT Microsystems:

• блоки навигации,
• устройства стабилизации полезной нагрузки,
• системы трекинга / контроля статуса подвижного состава,
• гироинклинометрические системы для MWD/LWD.

Обзор продукции

Компания MT Microsystems провела системную работу по импортозамещению, создав базовую линейку ИМС с чувствительными элементами и формирователями сигналов и стандартных интерфейсов. На основе собственной компонентной базы создаются и более сложные системы с использованием продукции сторонних производителей, например, комплексные инерциально-спутниковые блоки навигации.

Акселерометры

Заметным успехом MT Microsystems стало создание ИМС-акселерометра серии MSA6000 для диапазонов измерения от ±2g до ±200g в керамическом корпусе LCC20 – аналога серии MS9000 Safran-Colibrys. Впоследствии, с внедрением ASIC, появилась версия акселерометра в том же корпусе с цифровым интерфейсом – MSA8000D, рис. 1. Рис. 1. ИМС акселерометров: а) внешний вид, б) габаритные размеры Акселерометры проходят заводскую калибровку для обеспечения стабильности рабочих характеристик при рабочих температурах –55 … +125°C и сохраняют параметры при одиночных ударных воздействиях до 10 000g. Сравнение с ближайшим аналогом приведено в табл. 1. Таблица 1. Сравнительные характеристики ИМС-акселерометров Для лабораторных исследований, текущего контроля режимов работы промышленного оборудования, испытаний авиационной техники, включая вертолёты, диагностики высотных зданий и сооружений, плотин, мостов, железнодорожной инфраструктуры выпускаются виброакселерометры в металлических корпусах индустриального стандарта с унифицированными системами крепления и интерфейсами. Малошумящие акселерометры MSA1000(A), MSV3100(A), MSV3070/3071, MSV1210B, MSV1250B имеют от 1 до 3 измерительных осей и обеспечивают регистрацию сигналов в полосе от 0 до 10 000 Гц для диапазона ±2g… ±200g у разных моделей, рис. 2. Рис. 2. Акселерометры в металлических корпусах: а) MSA1000, б) MSV3100A, в) MSV3070, г) MSV1210B, д) MSV1250B

Инклинометры

Специализированное решение предлагается для двухплоскостной стабилизации подвижных спутниковых антенн, узлов радарных устройств, платформ с промышленным, геофизическим и другим оборудованием, видеотеодолитов и оборудования сходного назначения, а также для контроля и компенсации крена вагонов высокоскоростных поездов. Двухосевые термокомпенсированные инклинометры MTS2006 имеют несколько исполнений с диапазонами измерений от ±5° до ±75° с точностью 0,01°, оснащаются интерфейсами RS-232, RS-422, RS-485 скоростью обмена до 115 200 бит/с. Компактный корпус 33ґ35ґ17,5 мм обеспечивает уровень защиты IP68 (рис. 3). Рис. 3. Внешний вид инклинометра MTS2006

Гироскопы (ДУС)

Функционально законченные датчики угловых скоростей (ДУС) представлены сбалансированной линейкой высокостабильных одно-, двух- и трёхкомпонентных гироскопов в прочных металлических корпусах. Базовые версии ДУС охватывают диапазон угловых скоростей ±450° с возможностью расширения до ±3600°, полоса пропускания может быть расширена с базовой 150 Гц до 250 Гц. Лучшие показатели нестабильности смещения, которые обеспечиваются в диапазоне рабочих температур –45…+85°C, составляют 0,8…3,0°/ч для различных моделей. Для внешней термокомпенсации в конструкциях ДУС предусмотрены встроенные датчики температуры. В стандартном исполнении все блоки имеют интерфейс RS-422. Внешний вид гироскопических блоков MSG2004F в цилиндрическом корпусе с фланцем 22ґ22ґ30,5 мм и MSG2004D, MSG3000E, MSG360, MSG310F в прямоугольных корпусах объёмом от 4,1 до 37,2 см3 показан на рис. 4. Рис. 4. Гироскопы в металлических корпусах: а) MSG2004F, б) MSG2004D, в) MSG3000E, г) MSG360, д) MSG310F Особого внимания заслуживает одноосный гироскоп MSG1100D в компактном стальном корпусе, специальная версия которого имеет подтверждённую многолетнюю историю применения в РФ, рис. 5. Рис. 5. Внешний вид гироскопа MSG1100D(С)-300 В заданных условиях применения этот датчик успешно конкурирует с однокомпонентной версией Sensonor STIM210, сравнение приведено в табл. 2. Таблица 2. Сравнительные характеристики однокомпонентных ДУС Для замены 2- и 3-компонентных версий STIM210 стоит рассмотреть модуль в аналогичном корпусе – MSG3000E.

Инерциальные модули

Инерциальные измерительные модули MT Microsystems имеют преимущественно 6-компонентную конфигурацию и также созданы на основе собственных чувствительных МЭМС-элементов. Модель начального уровня MSI310, уже известная российским потребителям, в своё время была создана как прямая замена Analog Devices ADIS16465-2 (табл. 3). Табл. 3. Сравнительные характеристики инерциальных измерительных модулей MSI310 и ADIS16465-2 Модули MSI313, MSI362, MSI370A в корпусах близкого габарита и веса имеют нарастающую от модели к модели точность и стабильность, что позволяет заказчику выбирать для массовых применений подходящую пропорцию цена/производительность (рис. 6). Рис. 6. Инерциальные модули MSI310, MSI313, MSI362, MSI3000F Старшей моделью в настоящий момент является MSI3000F, эксплуатационные и весогабаритные характеристики которой наиболее близки к Sensonor STIM300, см. табл. 4. Табл. 4. Сравнительные характеристики инерциальных измерительных модулей MSI3000F и STIM300 На основе базовых моделей создаются специальные решения, например, для железнодорожной техники. Трёхкомпонентный виброакселерометр MSV3009 призван контролировать устойчивость колёсной тележки и деформацию корпуса вагона. Конструкция датчика в корпусе уровня IP68 обеспечивает защиту от ЭМП, механических повреждений и отвечает требованиям эксплуатации на железных дорогах. Комбинированный датчик MSVT1101A-100 для локомотивов одновременно измеряет вибрацию и температуру в месте установки для обеспечения безаварийных режимов работы приводных механизмов (рис. 7). Рис. 7. Блоки датчиков для железнодорожной техники: а) MSV3009, б) MSVT1101A-100 В обоих датчиках предусмотрена цепь автоматического самотестирования.

БИНС с ГНСС

Весьма значительным успехом компании стало создание БИНС MNV420A со встроенным мультисистемным приёмником сигналов глобальных навигационных спутниковых систем (ГНСС). Характеристики блока позволяют использовать его в системах помощи при вождении ADAS на дорогах общего пользования и обеспечивают выполнение требований по автономному вождению уровней L3, L4. Одна из версий MNV420 получила признание государственной автомобилестроительной компании КНР SAIC Motor Corporation и интегрирована в легковой автомобиль Marvel R, магистральный автономный грузовик и в перспективный электрический внедорожник. Благодаря переносимости решения и наличию универсального интерфейса CAN блок может быть встроен в систему управления карьерной, строительной, сельскохозяйственной и прочей мобильной техникой с разной степенью автономности (рис. 8). Рис. 8. Варианты исполнения корпуса блока инерциально-спутниковой навигации MNV420A Дополнительный интерфейс RS-422 230 400 бод при частоте обновления данных 100…200 Гц обеспечивает выполнение и более сложных задач, связанных со стабилизацией полезной нагрузки, навигацией и ориентированием в полёте. Основные характеристики приведены в табл. 5. Табл. 5. Основные характеристики навигационной системы MNV420A

Радиочастотные компоненты

МЭМС-изоляторы серии SiIS и циркуляторы серии SiDCR с установленным нижним пределом рабочей температуры –55°C рассчитаны на работу в радиотрактах диапазонов C, X, Ku, K, Ka на частотах от 6 до 38 ГГц. Основные параметры для разных моделей:

• размер на плате: от 4,5×5 мм до 8×10 мм при высоте 2,7…3 мм,
• коэффициент стоячей волны (VSWR): 1,25…1,4,
• вносимые потери: 0,5…0,8 дБ,
• величина развязки (ISO): 11…20 дБ.

Внешний вид циркуляторов и изоляторов в исполнении для поверхностного монтажа приведён на рис. 9. Рис. 9. Внешний вид МЭМС-циркуляторов и изоляторов За пределами нашего обзора останутся другие компоненты MT Microsystems, такие как датчики температуры, разнообразные МЭМС-датчики давления для воздушных и гидравлических магистралей в промышленном оборудовании, авиационной, морской, железнодорожной технике, энергетике, системах вентиляции, отопления, кондиционирования, в коммунальном хозяйстве, транспортной и логистической инфраструктуре, для систем распределения энергоресурсов и пр. Особого внимания заслуживает продукция MT Microsystems для автомобильной техники: датчик массового расхода воздуха (ДМРВ), датчик дифференциального давления, датчик абсолютного давления во впускном коллекторе – ДАД или MAP, датчик давления паров топлива, датчик давления гидравлической/тормозной системы, датчик давления кондиционера, датчик обратного давления выхлопных газов, датчик температуры масла и охлаждающей жидкости. Качество продукции подтверждено действующим Сертификатом № 0414485 соответствия стандарту IATF16949:2016 управления качеством для поставщиков автомобильной промышленности. Это объёмная тема, и она заслуживает отдельной публикации.