半導(dǎo)體SoC概念如何改變傳感器

將許多組件集成到單個(gè)芯片上徹底改變了消費(fèi)電子行業(yè)。片上系統(tǒng)IC不是每個(gè)功能都有自己的集成電路（IC），而是將這些不同的功能集成到單個(gè)芯片或基板上，以降低功耗，縮小尺寸并降低產(chǎn)品成本。

第一批SoC可以追溯到20世紀(jì)70年代，當(dāng)時(shí)許多組件被集成到單個(gè)芯片中，以控制新生的數(shù)字手表市場(chǎng)。這使得手表的尺寸更小，并提供足夠的電池壽命。在手表之后，計(jì)算器開始集成新的SoC，使設(shè)備更輕，更便宜。到20世紀(jì)90年代，IC公司開始將帶有DSP和其他組件的微控制器嵌入到系統(tǒng)級(jí)芯片中，推動(dòng)了手持設(shè)備（游戲，儀器，電話），外圍設(shè)備和其他產(chǎn)品的快速采用。通過(guò)采用最智能的IC，將其與其他組件集成，并在這些附加功能中共享其智能，電子行業(yè)進(jìn)入了一個(gè)創(chuàng)造性的新時(shí)代。

如今，SoC存在于智能手機(jī)，電視和汽車等大多數(shù)電子產(chǎn)品中。到物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備和嵌入式系統(tǒng)。將許多功能集成到單個(gè)芯片上的能力導(dǎo)致了電子行業(yè)所有細(xì)分市場(chǎng)中高功率設(shè)備的爆炸式增長(zhǎng)，使我們的日常生活受益。SoC概念現(xiàn)在正在擴(kuò)展到其他產(chǎn)品，如傳感器，這將推動(dòng)下一波創(chuàng)新浪潮。

（圖1：SoC – 智能手機(jī) AP 示例）

傳感器中的系統(tǒng)：將 SoC 概念引入傳感器

由于大多數(shù)傳感器檢測(cè)或測(cè)量物理特性，因此它們尚未集成到IC中。作為模擬世界和數(shù)字世界之間的橋梁，并且通常依賴于位置，這使得將它們的全部功能添加到位于集中式PCB上的集成電路中變得極其困難。然而，作為一個(gè)獨(dú)立的傳感器模塊，我們可以利用SoC概念來(lái)創(chuàng)建更高效、更可靠、更靈活、功能更強(qiáng)大的新一代傳感器。

與SoC一樣，智能傳感器并不新鮮，因?yàn)檫@些集成始于20世紀(jì)70年代的高級(jí)紅外監(jiān)視和警告系統(tǒng)。最初由軍方委托，計(jì)算能力，組件小型化和軟件算法的進(jìn)步現(xiàn)在為跨行業(yè)和應(yīng)用的先進(jìn)傳感器模塊打開了新的大門。在傳感器模塊中集成微控制器或 DSP 可使其智能地提供額外的功能，如自校準(zhǔn)、自識(shí)別、傳感器數(shù)據(jù)數(shù)字化和無(wú)線通信。

如今，智能傳感器無(wú)處不在，包括家庭、汽車和工廠。我們都經(jīng)歷過(guò)這樣的情況：運(yùn)動(dòng)傳感器驅(qū)動(dòng)建筑物中的照明和/或HVAC，距離傳感器打開和關(guān)閉攝像頭或聚光燈，水/濕度傳感器指示自動(dòng)噴水滅火系統(tǒng)打開，以及警報(bào)傳感器在發(fā)生違規(guī)時(shí)發(fā)送無(wú)線通知。這是通過(guò)讓基礎(chǔ)傳感器直接與微控制器或DSP和通信模塊交互來(lái)實(shí)現(xiàn)的。集成的智能傳感器解決方案旨在比嘗試將所有組件拼湊在一起更好地工作。更緊密的集成減少了延遲，更好地利用了系統(tǒng)資源，提高了整體性能。

（圖2：智能傳感器示例）

更進(jìn)一步，新的系統(tǒng)級(jí)傳感器概念帶來(lái)了特定于應(yīng)用或用例的高級(jí)功能，即使在現(xiàn)場(chǎng)部署傳感器后也可以進(jìn)行調(diào)整。就像智能手機(jī)的使用模式由用戶控制一樣，傳感器中的系統(tǒng)的使用模式可以由操作員控制，也可以根據(jù)系統(tǒng)事件進(jìn)行控制。

與智能手機(jī)發(fā)展的相似之處

智能手機(jī)中的大多數(shù)計(jì)算功能都由應(yīng)用處理器（AP）驅(qū)動(dòng)，該處理器是一個(gè)非常復(fù)雜的SoC，控制手機(jī)的許多功能，包括顯示器，應(yīng)用程序，電源和通信模塊。AP非常智能。根據(jù)您嘗試使用智能手機(jī)執(zhí)行的操作，SoC 會(huì)構(gòu)建自身以優(yōu)化所需功能的性能。它就像一把瑞士軍刀。根據(jù)您要執(zhí)行的操作，它會(huì)拉出正確的工具，以便您可以盡可能高效地完成它。

傳感器不應(yīng)該有同樣水平的獨(dú)創(chuàng)性嗎？由于許多傳感器由ASIC、微處理器、控制器或DSP供電，因此它們可以被設(shè)計(jì)成靈活和智能，以最佳方式執(zhí)行不同的功能，就像AP在智能手機(jī)上所做的那樣。擁有一個(gè)可以集成到許多設(shè)備中的傳感器，然后根據(jù)即時(shí)需求進(jìn)行自我配置是該技術(shù)的發(fā)展方向。這可以在靈活感知斷續(xù)器建筑部署在卓越的傳感器技術(shù)壓力傳感器產(chǎn)品中。一個(gè)傳感器可以支持各種壓力范圍，而不會(huì)降低精度，并且可以根據(jù)其使用的應(yīng)用打開和關(guān)閉各種功能。

傳感器中的系統(tǒng)：優(yōu)勢(shì)

將智能引入傳感器中的系統(tǒng)實(shí)施可以提供許多好處。例如，通過(guò)為眾多項(xiàng)目采購(gòu)相同的傳感器系統(tǒng)，您可以獲得更低的庫(kù)存成本、簡(jiǎn)化的制造和更直接的供應(yīng)鏈。作為制造商，您只需要擔(dān)心構(gòu)建和創(chuàng)建一個(gè)系統(tǒng)的庫(kù)存。這降低了您的庫(kù)存成本并簡(jiǎn)化了制造過(guò)程，因?yàn)槟鸁o(wú)需為每個(gè)產(chǎn)品重新配置生產(chǎn)線。此外，通過(guò)將一個(gè)傳感器用于多種用途和項(xiàng)目，您可以通過(guò)采購(gòu)和庫(kù)存單個(gè)零件來(lái)顯著降低供應(yīng)鏈的復(fù)雜性。隨著業(yè)務(wù)的增長(zhǎng)，您將獲得規(guī)模經(jīng)濟(jì)的好處。

此外，傳感器可以“動(dòng)態(tài)”配置，以支持各種應(yīng)用和功能。這使工程師能夠通過(guò)在許多設(shè)備和應(yīng)用中集成相同的傳感器來(lái)更快地設(shè)計(jì)他們的產(chǎn)品。開發(fā)周期將更短，工程師可以在整個(gè)開發(fā)階段自由優(yōu)化其設(shè)計(jì)，而無(wú)需更換可能導(dǎo)致生產(chǎn)延遲的新組件。

最后，由于系統(tǒng)級(jí)傳感器的可定制功能，整體系統(tǒng)性能得到增強(qiáng)。如果架構(gòu)正確，就像智能手機(jī)AP一樣，傳感器將確保在許多用例中達(dá)到最佳性能。這是因?yàn)閭鞲衅麽槍?duì)靈活的一般用途進(jìn)行了優(yōu)化（例如，支持多個(gè)壓力范圍，同時(shí)保持相同的精度水平），并且能夠?yàn)槟承?yīng)用打開特定功能。與 SoC 一樣，系統(tǒng)級(jí)傳感器設(shè)計(jì)用于在各種應(yīng)用和配置中以最大能力運(yùn)行。此外，公司可以快速推出衍生品以擴(kuò)展產(chǎn)品線并進(jìn)一步細(xì)分其產(chǎn)品，因?yàn)榭梢圆渴鹨粋€(gè)傳感器解決方案來(lái)支持許多不同的產(chǎn)品。

審核編輯：郭婷