傳感器信號調理“好芯”的精益求精

　　鄭小龍?（《電子產(chǎn)品世界》編委）

　　摘?要：傳感器信號調理芯片和人體溫度芯片在汽車(chē)、工業(yè)及可穿戴設備的應用中發(fā)揮著(zhù)舉足輕重的作用。北京久好電子科技有限公司為工業(yè)及消費類(lèi)產(chǎn)業(yè)提供高性能、高可靠性、低成本的芯片產(chǎn)品，矢志成為領(lǐng)先的國產(chǎn)傳感器核心芯片、系統解決方案的優(yōu)選提供商。

　　關(guān)鍵詞：傳感器；信號調理芯片；汽車(chē)級傳感；健康可穿戴；物聯(lián)網(wǎng)

　　傳感器是一個(gè)既古老，又長(cháng)盛不衰的行業(yè)。從工業(yè)電氣化開(kāi)始，傳感器就無(wú)處不在并且品類(lèi)繁雜，其部件組成和實(shí)現手段隨時(shí)代的發(fā)展而升級換代。筆者曾工作18年的美國某大型導體公司，其傳感和控制事業(yè)部聞名遐邇，獨立為S公司后風(fēng)光猶在。進(jìn)入物聯(lián)網(wǎng)時(shí)代，形形色色各具特色的傳感器起著(zhù)感知末梢的作用，其核心就是傳感集成電路芯片。

　　1 打破國外壟斷，主攻汽車(chē)和消費類(lèi)市場(chǎng)

　　出于對應用于傳感器核心芯片的興趣，筆者在京拜訪(fǎng)了 北京久好電子科技公司，這是家成立于2014年的年輕公司，然而已經(jīng)在數?；旌霞呻娐吩O計領(lǐng)域成績(jì)斐然，依靠的是清華的核心研發(fā)精英。董事長(cháng)劉衛東是清華電子系85級校友，他指出久好電子主要發(fā)展方向就是物聯(lián)網(wǎng)傳感器芯片和健康可穿戴設備芯片，核心技術(shù)有3個(gè)：①擁有高速、高分辨率和低功耗，具有自主知識產(chǎn)權的模數（A/D）和數模（D/A）轉換單元。②掌握高性能低功耗混合信號集成電路設計技術(shù)，以及針對傳感器、集成電路及算法一體化軟硬件協(xié)同設計經(jīng)驗。③對傳感器的非線(xiàn)性、零點(diǎn)偏差、靈敏度及溫漂的先進(jìn)補償算法。面向工業(yè)和消費電子領(lǐng)域，久好電子提供傳感器相關(guān)的核心技術(shù)產(chǎn)品及完整的解決方案。

　　回顧行業(yè)的歷史，劉總感慨傳感器作為國內重要的工業(yè)產(chǎn)品，長(cháng)期以來(lái)被國外公司壟斷，特別是核心芯片。改革開(kāi)放以來(lái)，國家科委開(kāi)始牽頭布局，國內企業(yè)踴躍參與國產(chǎn)化進(jìn)程，盡管傳感核心芯片從無(wú)到有、從計劃到市場(chǎng)有所發(fā)展，但與國際先進(jìn)水平還是有很大的差距。久好電子的核心芯片均為基于原創(chuàng )設計的創(chuàng )新，憑借的是扎實(shí)的理論探討和論文研究，結合市場(chǎng)進(jìn)行基于性能需求的深入細致的理解，加之參照同行同類(lèi)產(chǎn)品的深度分析，所以達到了青出于藍而勝于藍的境界。

　　對于汽車(chē)用傳感器芯片，必須了解汽車(chē)全身遍布著(zhù)眾多的壓力傳感器，其中包括剎車(chē)壓力、進(jìn)氣歧管壓力、水泵壓力、機油壓力、空調壓力、轉向壓力、供水壓力等傳感器，以及氣體壓力傳感器組等（如圖1），每一個(gè)傳感器對于汽車(chē)的安全都密切相關(guān)，因此汽車(chē)用傳感器芯片的開(kāi)發(fā)難點(diǎn)在于對極高可靠性的要求，必須符合AEQ-Q100車(chē)規標準。久好電子為此已有大量投入，并開(kāi)發(fā)4年，得到多家汽車(chē)廠(chǎng)商的認可，試生產(chǎn)取得成功，大批量生產(chǎn)在即。

　　面向汽車(chē)級傳感器信號調理芯片有JHM110X，這是久好開(kāi)發(fā)出的第一代芯片，屬于針對差分電阻橋式或半橋式傳感器信號設計的高精度模數轉換器，精度可以達到14 bit。之后高端產(chǎn)品有JHM150X，模數轉換器的精度高達16 bit，并且支持電源過(guò)壓保護、極性反接保護、短路保護功能。對于高溫度穩定性、抗腐蝕、抗過(guò)載等需求，由高分辨率陶瓷電容式JHM2102來(lái)滿(mǎn)足。

　　健康向來(lái)是人類(lèi)所追求的目標，體溫是身體健康與否的一個(gè)重要的指標。無(wú)論當下抗擊新型冠狀病毒，還是之前非典型性肺炎，體溫測量都是排查最有效的方法，這就要用到體溫計，而且必須使用快速、精準的電子體溫計，因此高精度溫度傳感器會(huì )有大量的需求。此外，隨著(zhù)可穿戴式數字信息產(chǎn)品的潮流興起，溫度測量也成為一種重要的功能，其中包括智能手環(huán)、便攜隨身保健或運動(dòng)跟蹤設備等（圖2）。毫無(wú)例外，對于測溫芯片的要求就是三條：測量和數據傳輸時(shí)間盡可能短；有簡(jiǎn)單的對外連接接口；便于連接多種處理器。

　　針對人體溫度測量的高精度溫度傳感器芯片有JHM3000。該芯片1次測量及數據傳輸的時(shí)間僅需8.8 ms，只通過(guò)3個(gè)引腳與外部連接，并以單線(xiàn)數字通信協(xié)議輸出14bit溫度測量數據，可以很方便地連接各種單片機的GPIO，單線(xiàn)通信速率可達到2.5 kbps。用戶(hù)可通過(guò)簡(jiǎn)單的單個(gè)溫度點(diǎn)校正，在32~42 ℃范圍內達到±0.1 ℃測量精度，溫度分辨率可小于0.01 ℃。而且這也是一款極低功耗的傳感芯片，溫度測量時(shí)電流消耗僅為150μA。

　　2 面對國外壟斷的應對策略

　　在久好電子產(chǎn)品目錄上有醒目的口號“用久見(jiàn)好芯，路遙知馬力”，由此劉總談及久好電子傳感芯片市場(chǎng)推廣時(shí)的經(jīng)歷和感受。傳感器市場(chǎng)的競爭是全球化的，由于歷史原因，壟斷市場(chǎng)的多為國際知名品牌廠(chǎng)商，如Honeywell、Bosch、ABB以及Sensata等，這些廠(chǎng)商基本不出傳感芯片，往往傾向于采用國外廠(chǎng)家的傳感芯片。例如Sensata雖在TI時(shí)用自有芯片，但獨立后就把相關(guān)傳感芯片部門(mén)并入歐洲Melexis。隨著(zhù)國內公司可以推出同類(lèi)傳感芯片，并與國際同類(lèi)產(chǎn)品性能不相上下時(shí)，價(jià)格戰就成為國際對手的“撒手锏”，甚至為了競爭，其芯片售價(jià)低于國內芯片成本。

　　面對挑戰，久好電子迎難而上，明確自己的制勝對策是全面提高性?xún)r(jià)比、穩定性、易用性。高性?xún)r(jià)比靠的是從可制造性出發(fā)來(lái)優(yōu)化產(chǎn)品設計，并選擇頂級芯片制造廠(chǎng)商臺積電（TSMC）和中芯國際（SMIC）做流片，采用8英寸硅片汽車(chē)工藝進(jìn)行規?；a(chǎn)。提高穩定性的考量上是多方面的，在支持上實(shí)行通用覆蓋，將產(chǎn)品類(lèi)型集中，并增加附加價(jià)值，同時(shí)迅速處理Bug。在制造上通過(guò)降低成本，達到以“可拋棄”取代“可維修”，不用維修解決問(wèn)題。提高易用性靠的是完整的產(chǎn)品解決方案，對此可以提供評估套件和軟件。對特定應用也可提供集成傳感芯片和周邊器件而成為模塊，如JHM711數字高精度氣壓傳感器就是這樣的產(chǎn)品形態(tài)。

　　3 小結

　　久好電子僅用6年時(shí)間，就在國產(chǎn)傳感器芯片領(lǐng)域風(fēng)生水起，目前每年出貨量達到千萬(wàn)片級別，客戶(hù)數量近500家，其中不乏國際知名企業(yè)。俗話(huà)說(shuō)“酒好不怕巷子深”，久好的“酒好”是勇立物聯(lián)網(wǎng)的潮頭，通過(guò)精益求精來(lái)提高產(chǎn)品的性能和品質(zhì)，并以降低成本進(jìn)行普及式銷(xiāo)售。相信久好將以中國傳感之芯屹立于國際同行的強手之林。

　?。ㄗⅲ罕疚膩?lái)源于科技期刊《電子產(chǎn)品世界》2020年第06期。）