TI:從終端應用出發(fā)設計傳感器

傳感器在小型化和精準化以及低功耗之間平衡很有難度，我相信對這些系統的設計師來(lái)說(shuō)也是如此。它要求我們與可穿戴設備客戶(hù)更緊密地合作，去了解他們的挑戰，并設計一個(gè)盡量多地能幫助解決這些挑戰的傳感器。在可穿戴設備領(lǐng)域，需求集中于如何在可穿戴設備的狹小空間中進(jìn)行準確測量。德州儀器（TI）是首個(gè)率先發(fā)布將溫度傳感器的典型誤差降至0.05 ℃ 的公司，我們還研發(fā)了目前市場(chǎng)上更小更薄的溫度傳感器。這種創(chuàng )新是TI DNA 的一部分，正如創(chuàng )新在任何領(lǐng)域的地位一樣，它對于我們在競爭中脫穎而出至關(guān)重要。在電機控制或電源等其他應用中，傳感器設計的目的是實(shí)現更快的響應，或更少的偏移。其中有許多因素需要考慮，以針對不同場(chǎng)景或應用來(lái)優(yōu)化傳感器。

1   可穿戴傳感器方案

用創(chuàng )新解決可穿戴設備獨特挑戰的傳感器供應商將贏(yíng)得最大的市場(chǎng)份額。例如，COVID-19 加速了體溫監測的應用，一定程度上可幫助減少疾病傳播，這可能會(huì )推動(dòng)更多從手腕或耳朵監測體溫的應用產(chǎn)生。TI 正在與希望實(shí)現這些功能的客戶(hù)密切合作，通過(guò)優(yōu)化傳感器的精度和尺寸，簡(jiǎn)化其解決方案的設計。除此之外，在某些情況下，集成可能會(huì )變得更加普遍，譬如我們提供集成溫度傳感的濕度傳感器，而不是單獨植入兩個(gè)傳感器，如此便可以簡(jiǎn)化客戶(hù)的供應鏈。

我認為在可穿戴設備中看到的最大變化是納入了更多基于健康監測的功能。今后醫療用傳感器無(wú)疑會(huì )朝著(zhù)更小尺寸和更精確的方向發(fā)展，但這其中同時(shí)又蘊含著(zhù)技術(shù)挑戰和利弊權衡。不同類(lèi)型的傳感器技術(shù)也會(huì )產(chǎn)生影響。例如，基于接觸的傳感器可以提供更好的精度，但需要一種方法來(lái)建立物理接觸，這一點(diǎn)有時(shí)比較難實(shí)現。舉例來(lái)說(shuō)，如果智能手表佩戴的比較松怎么辦？事實(shí)證明，我們找到了一種在耳塞等應用中處理此問(wèn)題的方法，即在一個(gè)空氣通道中使用兩個(gè)傳感器。如今，傳感器已經(jīng)集成了噪聲過(guò)濾功能以實(shí)現更高的精度，而客戶(hù)在系統層面上需要做得更多。從傳感器方面來(lái)看，這意味著(zhù)我們需要在設計傳感器時(shí)從終端應用出發(fā) ——努力幫助客戶(hù)縮小系統，并提升精度，這也是TI 關(guān)注的重點(diǎn)之一。

2   傳感器的模塊化

先后在TI 的無(wú)線(xiàn)連接、處理器、電源以及現在的傳感器團隊工作過(guò)之后，我注意到所有這些領(lǐng)域都有一個(gè)共同點(diǎn)，就是需要模塊來(lái)簡(jiǎn)化和縮短系統開(kāi)發(fā)的時(shí)間。模塊化通常有兩條路線(xiàn)：它們或針對特定的系統進(jìn)行高度優(yōu)化，或面對成千上萬(wàn)的客戶(hù)需求普遍適用。有時(shí)候一個(gè)模塊能夠實(shí)現特定的外形尺寸，以便將傳感元件安裝在一個(gè)專(zhuān)門(mén)的位置，但也有時(shí)候情況并非如此。

模塊化的成本幾乎總是比直接集成到系統中要高一些，但卻降低了系統設計人員的前期開(kāi)發(fā)成本?？偟膩?lái)說(shuō)，我認為模塊化使更多的客戶(hù)能夠以較低的門(mén)檻在他們的系統中利用這些技術(shù)。

還有一點(diǎn)很重要，那就是一個(gè)公司可以通過(guò)軟件方面來(lái)創(chuàng )造競爭優(yōu)勢，并不總是需要成為硬件專(zhuān)家才能在市場(chǎng)上創(chuàng )造出一個(gè)出色的解決方案。模塊就可以提供這樣的機會(huì )來(lái)創(chuàng )建一個(gè)安全可靠的系統，而無(wú)需在可能不會(huì )增強優(yōu)勢的情況下消耗更多資源。

3   傳感器的智能化

相比高深的人工智能，傳感器雖然很簡(jiǎn)單，但還是要結合打造人工智能系統的企業(yè)的具體需求來(lái)看。人工智能需要來(lái)自傳感器的數據來(lái)感知環(huán)境并做出明智的決策，有時(shí)這確實(shí)需要依賴(lài)于綜合的解決方案。

在TI，我們擁有集成了射頻、處理功能和溫度傳感器的無(wú)線(xiàn) MCU。這些器件使邊緣人工智能的處理更加高效，從而可以在邊緣端立即采取行動(dòng)，或將更高級別的數據反饋給基于云的智能系統，這是提高效率的一種方式。我們還提供可以同時(shí)實(shí)現傳感和復雜處理能力的毫米波雷達傳感器。它可被集成，也可被單獨使用，甚至也可以被集成在復雜系統之中。

總的來(lái)說(shuō)，使用傳感器的方式取決于您認為應用中什么因素是最重要的。有時(shí)候集成可以實(shí)現準確度、響應時(shí)間和功耗的最佳組合，以滿(mǎn)足應用的需求，而有時(shí)卻不能。我相信，如果你有多個(gè)系統設計人員來(lái)研究這個(gè)問(wèn)題，他們可能會(huì )采取不同的方法來(lái)解決它。

（本文來(lái)源于《電子產(chǎn)品世界》雜志2022年10月期）