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- 四大領(lǐng)先半導(dǎo)體公司的傳感器相關(guān)技術(shù)和方案
- 來源：賽斯維傳感器網(wǎng) 發(fā)表于 2016/11/16
傳感器的精度技術(shù)
據(jù)研究機(jī)構(gòu)預(yù)測，便攜式醫(yī)療設(shè)備市場規(guī)模將在未來幾年內(nèi)達(dá)到約200億美元。其中，家用護(hù)理醫(yī)療設(shè)備的市場規(guī)模有望在2022年達(dá)到近260億美元。這些市場需求的增長主要源于移動健康監(jiān)測設(shè)備、個(gè)人制氧機(jī)和固定設(shè)備的驅(qū)動。在衛(wèi)生保健市場中，越來越多的科技設(shè)計(jì)正在力求不干擾人們的生活，對小型化設(shè)備的需求也因此日漸提高。表面上看來，相較于傳感精度，市場對更小更多功能的傳感器需求更大。然而在既定成本的情況下，傳感精度仍然應(yīng)該是廠商著重考慮的因素。
霍尼韋爾在大中華地區(qū)的授權(quán)分銷商有：Digi-Key，e絡(luò)盟，Mouser, Digi-Key,上海寶舟電器,威立勝電子等。CEDA是中國授權(quán)分銷商的協(xié)會組織，在中國信息產(chǎn)業(yè)商會的領(lǐng)導(dǎo)下，為中國創(chuàng)新提供一站式的電子元器件供應(yīng)鏈解決方案和技術(shù)方案。最新權(quán)威發(fā)布的《2015中國電子授權(quán)分銷商名錄》包括50家在中國市場活躍的授權(quán)分銷商，營業(yè)額超過500億美元。 CEDA歡迎在中國市場活躍的授權(quán)分銷商加入，不斷豐富名錄數(shù)據(jù)，使名錄成為客戶找原廠授權(quán)的可靠貨源的不可或缺的工具，成為原廠尋求國內(nèi)代理合作伙伴的重要渠道，成為并購和重組的可信依據(jù)�！�2016中國電子授權(quán)分銷商名錄》目前已開始征集資料，并將于2016年12月9日在深圳面向全球發(fā)布，同期召開電子元器件授權(quán)分銷商領(lǐng)袖峰會暨電商與投融資洽談會。
除了家用保健，在飛機(jī)、直升機(jī)以及其他空間受限場合運(yùn)送病人時(shí)，也需要尺寸更小的醫(yī)療設(shè)備。設(shè)備越小，制造成本就越低；功能越強(qiáng)，成本則越高。高級基本壓力傳感器如果具有適當(dāng)?shù)木人�，則為以上挑戰(zhàn)提供了潛在的解決方案。例如，在衛(wèi)生保健市場中，越來越多的科技設(shè)計(jì)正在力求不干擾人們的生活，對小型化設(shè)備的需求也因此日漸提高。在制氧機(jī)、CPAP呼吸機(jī)等設(shè)備上都體現(xiàn)出了這種趨勢。此外，對于需要在狹小空間中進(jìn)行的醫(yī)療過程來說（有時(shí)候是在偏遠(yuǎn)地區(qū)），空間是最寶貴的。這就意味著傳統(tǒng)上體積龐大的設(shè)備（比如呼吸機(jī)）也需要變得更小。
表面上看來，相較于傳感精度，市場對更小更多功能的傳感器需求更大。然而在既定成本的情況下，傳感精度仍然應(yīng)該是廠商著重考慮的因素。只考慮多功能而犧牲精度，會帶來不良的后果。
小體積、多功能的傳感器需求更高
如今，對低成本高級基本壓力傳感器的需求正在與日俱增地提交到垂直市場中的原始設(shè)備制造商手中。這意味著，對于需要在工業(yè)制造和衛(wèi)生保健領(lǐng)域中設(shè)計(jì)和創(chuàng)造低成本、大規(guī)模組件的工程師來說，低成本的高級基本壓力傳感器已經(jīng)成為一種非常有價(jià)值的產(chǎn)品。而影響這種需求的一個(gè)最主要因素就是移動性。
在衛(wèi)生保健市場，人們越來越希望醫(yī)療保健可以在不干擾生活的前提下進(jìn)行，因此對于更小的設(shè)備的需求越來越大。這在制氧機(jī)、CPAP呼吸機(jī)等設(shè)備的發(fā)展趨勢上都有所體現(xiàn)。此外，對于需要在狹小空間中進(jìn)行的醫(yī)療過程來說（有時(shí)候是在偏遠(yuǎn)地區(qū)），空間是最寶貴的稀缺資源。這就要求傳統(tǒng)上體積龐大的設(shè)備（比如呼吸機(jī)）也要變得更小。
設(shè)備體積的減小要求內(nèi)置部件的體積要更小，同時(shí)用戶也期待設(shè)備的功能更強(qiáng)。以氣壓控制領(lǐng)域?yàn)槔�，用戶要求設(shè)備盡可能小，但仍要能提供高度精確的讀數(shù)。因此，隨著這些設(shè)備體積的日趨縮小緊湊，對部件（例如傳感器）自身的更佳功能性的需求也越來越高。
當(dāng)然，這是一個(gè)兩難的問題。因?yàn)楦叩木韧馕吨叩膬r(jià)格。而這對于低成本、大規(guī)模的應(yīng)用來說并不現(xiàn)實(shí)。在更高成本的應(yīng)用中，工程師可以更輕松地根據(jù)誤差預(yù)算決定是否要對更高的精度進(jìn)行投資。以呼吸機(jī)為例，其設(shè)計(jì)和制造成本大約為數(shù)萬美元；在這種情況下，如果一個(gè)更貴（大約15美元）的傳感器價(jià)格大約低于總成本的1%，那么這種投資就是完全合理的。但在設(shè)計(jì)血壓監(jiān)測應(yīng)用時(shí)，其設(shè)計(jì)和制造成本只有40-120美元，那么多花15美元以達(dá)到1.5% FSS的總誤差帶就顯得不太明智。
那么在合理預(yù)算水平下，如何才能以實(shí)用和經(jīng)濟(jì)的方式對低成本傳感器的精度水平進(jìn)行評估？要從這些類型的應(yīng)用中創(chuàng)造價(jià)值，設(shè)計(jì)師不能純粹將這些部件視為商品，而是要將其視為能夠帶來競爭優(yōu)勢的關(guān)鍵技術(shù)手段。
低成本應(yīng)用中，精度仍然是重要考慮因素
為了實(shí)現(xiàn)高精度，傳感器的價(jià)格就要相應(yīng)提升。但這并不經(jīng)濟(jì)，也無法滿足低成本、大規(guī)模應(yīng)用的需求。工程師也不應(yīng)該因?yàn)榈蛢r(jià)傳感器不是最優(yōu)方案就忽略其精度價(jià)值。這一點(diǎn)非常重要，因?yàn)樵O(shè)計(jì)工程師在維持預(yù)算提高產(chǎn)品規(guī)格時(shí)，已經(jīng)更加重視低功耗、重復(fù)精度和可靠性等因素。而低功耗已經(jīng)成為最吸引終端用戶的常見賣點(diǎn)。無論是否是“低成本”，精度都已成為一個(gè)差異化優(yōu)勢。
以制氧機(jī)為例，機(jī)器中的低壓和超低壓硅傳感器可以檢測病人何時(shí)開始吸氣，從而有效且高效地實(shí)現(xiàn)供氧，在病人未吸氣時(shí)最大程度減少氧氣的浪費(fèi)。這樣不僅可以使制氧機(jī)變得更小，而且可以使運(yùn)行更高效。并且，更小的設(shè)備尺寸還意味著更低的功耗以及更高的便攜性。
低成本應(yīng)用中不可忽視精度重要性的另一關(guān)鍵在于，這對保留易于安裝部件是非常有益處的。精度較低的傳感技術(shù)可能會完全抵消使用即插即用技術(shù)所實(shí)現(xiàn)的優(yōu)勢，比如，即插即用技術(shù)對于放寬對系統(tǒng)中其他部分的規(guī)格要求的優(yōu)勢。但是，這種優(yōu)勢對于致力于滿足設(shè)計(jì)要求的工程師來說具有很大的價(jià)值。舉例來說，如果工程師能夠在制氧機(jī)內(nèi)部更精確地測量壓力，那可能就不需要更加關(guān)注在系統(tǒng)中其他地方的細(xì)節(jié)，或者額外彌補(bǔ)。低成本“即插即用”器件的市場需求正在不斷增加，這從某種程度上解釋了為什么帶放大補(bǔ)償功能的傳感器比無補(bǔ)償傳感器更受歡迎。帶放大補(bǔ)償功能的傳感器通�？梢灾苯邮褂�，無需任何額外的改動，并且具有很高的互換性、校準(zhǔn)和溫度補(bǔ)償功能。假如沒有使用帶mV輸入ADC（模數(shù)轉(zhuǎn)換器）的ASIC（專用集成電路）的話，帶補(bǔ)償功能的非放大型傳感器可能需要使用放大電路。相比之下，無補(bǔ)償功能的傳感器只能提供原始傳感器輸出，在許多應(yīng)用中都需要進(jìn)行某種形式的補(bǔ)償。
如果使用即插即用的解決方案（比如帶有完整放大和補(bǔ)償功能的傳感器），就不需要任何額外的電路和設(shè)計(jì)時(shí)間去開發(fā)，因此工程師可以提供更高的價(jià)值。但是，如果提供的數(shù)據(jù)不精確，即插即用的解決方案帶來的一切優(yōu)點(diǎn)就都沒意義；簡便安裝所帶來的節(jié)省可能都會被低端的性能所抵消。一個(gè)不帶補(bǔ)償功能的傳感器（總誤差帶TEB大于30% FSS）大約為9美元，帶補(bǔ)償功能的傳感器（總誤差帶TEB約為10% FSS）成本是10美元，而全放大型即插即用傳感器（總誤差帶TEB約為1.5% FSS）需要13美元。由此可見，只有在元件成本（還不包括設(shè)計(jì)和校準(zhǔn)所花費(fèi)的時(shí)間）低于4美元時(shí)，才有必要利用額外的電路對這些便宜傳感器的精度進(jìn)行改進(jìn)。通過上述分析，許多工程師都可以認(rèn)識到，即插即用器件實(shí)際上性價(jià)比最高。
實(shí)際應(yīng)用案例：制氧機(jī)
近幾十年來，便攜式制氧機(jī)的尺寸日漸縮小，以更便于在飛機(jī)運(yùn)輸中的應(yīng)用。而正是尺寸更小的傳感解決方案（如帶放大功能的基本壓力傳感器）使得設(shè)備制造商（OEM）能夠進(jìn)一步縮小這些設(shè)備的尺寸；精度高的傳感器使便攜設(shè)備能夠提供與醫(yī)院里“體積大、技術(shù)先進(jìn)”的系統(tǒng)相同的護(hù)理質(zhì)量和舒適度。
從制氧機(jī)的基本功能考慮，它需要降低空氣中的氮?dú)夂�，從而提高輸送給病人的氧氣濃度。帶放大功能的基本壓力傳感器可以用于監(jiān)測篩床內(nèi)部的壓力，從而達(dá)到病人所需要的氧氣水平。除此之外，制氧機(jī)中的傳感器還可以用于檢測病人何時(shí)開始呼吸，從而更有效且高效地輸送氧氣。使用一個(gè)壓力傳感器對病人開始吸氣的時(shí)刻進(jìn)行監(jiān)控，有助于最大程度減小病人不吸氣期間氧氣的浪費(fèi)。通過這種方式，可以使制氧機(jī)體積更小，并且運(yùn)行更高效。另外，更小的設(shè)備尺寸還意味著更低的功耗以及更高的便攜性。以上這些因素將使設(shè)備制造商的產(chǎn)品優(yōu)于使用低精度傳感器的競爭產(chǎn)品。
其他實(shí)際應(yīng)用
帶放大功能的高級型基本壓力傳感器（比如霍尼韋爾的基本放大型ABP系列）主要用于非腐蝕性、非離子化氣體（比如空氣和其他干燥氣體）。以下選項(xiàng)則可以將這些傳感器的使用范圍擴(kuò)展到非腐蝕性液體：
干燥氣體選項(xiàng)：輸入端口僅限于非腐蝕性、非離子化介質(zhì)（比如干燥空氣、氣體等），而且不受潮氣冷凝�？墒褂玫臍怏w包括兼容高溫聚酰胺、硅酮、氧化鋁陶瓷、硅、金和玻璃等的介質(zhì)。
液體介質(zhì)選項(xiàng)：使用相同的構(gòu)造材料，但是保護(hù)端口1和2都不受非腐蝕性液體的影響。通過硅酮基凝膠涂層保護(hù)端口1上的裸露的電子電路。鑒于端口P2本身就具有非腐蝕性液體保護(hù)功能，因此該選項(xiàng)是一種濕/濕傳感器，兩個(gè)端口都可以使用液體。兼容的介質(zhì)包括冷凝液、水和鹽水。
可以使用這些傳感器進(jìn)行設(shè)計(jì)的衛(wèi)生保健應(yīng)用包括：血液分析儀、血壓監(jiān)測、病床、按摩機(jī)、睡眠呼吸暫停設(shè)備、尿液分析儀、呼吸機(jī)/便攜式呼吸機(jī)以及傷口治療等。結(jié)論
為了更加便于病人在家中獲得舒適且優(yōu)質(zhì)的衛(wèi)生保健服務(wù)，便攜式醫(yī)療設(shè)備體積變小是大勢所趨。而對于那些需要在艱苦環(huán)境中提供醫(yī)療服務(wù)的專業(yè)人員來說，這些設(shè)備也必須更加實(shí)用。但無論是專業(yè)醫(yī)務(wù)人員還是病人，都不應(yīng)僅追求小尺寸便攜性而犧牲功能性。雖然這些尺寸更小、造價(jià)更低的設(shè)備使用低成本的傳感器也能工作，但傳感器的精度是不可忽視的。如果將傳感器精度置于更高的優(yōu)先級，將有助于設(shè)備制造商在未來不斷增長的市場中差異化他們的產(chǎn)品價(jià)值，帶來更大的效益。
基于MEMS微鏡的激光掃描方案
此方案鎖定微型投影、虛擬現(xiàn)實(shí)(VR)、增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)(AR)、3D感測和ADAS應(yīng)用市場。意法半導(dǎo)體（ST）在大中華地區(qū)的授權(quán)分銷商有：大聯(lián)大，安富利，艾睿電子，威雅利，力源，F(xiàn)uture，RS，益登科技等。
此外，MicroVision和意法半導(dǎo)體還有望探討未來技術(shù)合作開發(fā)項(xiàng)目，其中包括激光掃描產(chǎn)品聯(lián)合開發(fā)計(jì)劃。意法半導(dǎo)體將為該合作項(xiàng)目帶來其在半導(dǎo)體工藝設(shè)計(jì)和制造領(lǐng)域多年積累的專業(yè)知識，而MicroVision將為合作項(xiàng)目注入其在激光掃描系統(tǒng)和解決方案研發(fā)方面的專業(yè)知識。
意法半導(dǎo)體模擬和MEMS產(chǎn)品事業(yè)部執(zhí)行副總裁 Benedetto Vigna表示：“我們與MicroVision的合作目標(biāo)是利用我們互補(bǔ)的研發(fā)能力、共同的愿景和發(fā)展激光掃描市場的承諾，共同開創(chuàng)更多的商機(jī)。這一合作關(guān)系將讓ST能夠?qū)ふ宜械陌l(fā)展機(jī)會，提高激光掃描技術(shù)和我們優(yōu)勢互補(bǔ)的功率、傳感器和控制器業(yè)務(wù)�！�
MicroVision總裁兼首席執(zhí)行官Alexander表示：“與像意法半導(dǎo)體一樣的業(yè)界領(lǐng)導(dǎo)者合作，對于MicroVision具有重意義，因?yàn)橐夥ò雽?dǎo)體擁有半導(dǎo)體技術(shù)專長，客戶遍布全球。結(jié)合意法半導(dǎo)體在激光掃描引擎關(guān)鍵半導(dǎo)體元器件方面的研發(fā)專長，以及MicroVision獨(dú)有的系統(tǒng)引擎、應(yīng)用知識和知識產(chǎn)權(quán)，非常有利于我們向各種企業(yè)推廣適合各種應(yīng)用的激光掃描解決方案�！�
雙方現(xiàn)有合作是意法半導(dǎo)體為MicroVision代工元器件。MicroVision當(dāng)代MEMS芯片是意法半導(dǎo)體按照MicroVision的設(shè)計(jì)為其代工。MicroVision目前在售的一款A(yù)SIC由意法半導(dǎo)體代工。
ADI推全集成式慣性組合傳感器系列
集行業(yè)領(lǐng)先的抗沖擊性、抗震性、一流的可靠性、精度于一身，尺寸更加小巧。單臺設(shè)備集成四自由度，使系統(tǒng)設(shè)計(jì)人員可以縮減當(dāng)今汽車安全系統(tǒng)所需的電子控制單元(ECU)的尺寸。
Analog Devices, Inc. (ADI)宣布推出全集成式慣性組合傳感器系列 ADXC150x，該系列傳感器集行業(yè)領(lǐng)先的抗沖擊性、抗震性、一流的可靠性、精度于一身，尺寸更加小巧。單臺設(shè)備集成四自由度，使系統(tǒng)設(shè)計(jì)人員可以縮減當(dāng)今汽車安全系統(tǒng)所需的電子控制單元(ECU)的尺寸。
為了設(shè)計(jì)更加可靠、高精度的汽車安全系統(tǒng)，例如，穩(wěn)定的電子控制系統(tǒng)(ESC)和側(cè)翻檢測系統(tǒng)，盡量減少較大誤差源至關(guān)重要。車輛中已安裝這些傳統(tǒng)型底盤控制系統(tǒng)，包括防抱死制動系統(tǒng)、牽引控制和偏航控制系統(tǒng)。目前的ESC和側(cè)翻檢測系統(tǒng)設(shè)計(jì)一般采用兩個(gè)或兩個(gè)以上的離散式加速度計(jì)和陀螺儀，抗沖擊性和抗震性不夠強(qiáng)，而且成本較高，同時(shí)需要較大的電路板空間。ADXC150x組合感測器系列克服了將汽車陀螺儀和加速度計(jì)集成到單個(gè)封裝中時(shí)遇到的巨大挑戰(zhàn)。這些創(chuàng)新型組合傳感器最多可將四自由度集成到單臺設(shè)備中，這不但減少了組件數(shù)量和成本高昂且極為費(fèi)時(shí)的定制集成工作，還提升了慣性檢測的精度和可靠性。偏航陀螺儀溫漂低于1度/秒（典型值），而內(nèi)部溫度傳感器會校準(zhǔn)輸出，在整個(gè)汽車溫度范圍（−40oC-105oC）內(nèi)提供出色的穩(wěn)定性。ADI致力于功能安全，ADXC150x系列產(chǎn)品也采用全方位機(jī)電故障保護(hù)程序，持續(xù)監(jiān)控設(shè)備的運(yùn)行狀況，確保數(shù)據(jù)的完整性。
數(shù)十年以來，ADI始終致力于慣性傳感器創(chuàng)新1，推出先進(jìn)的加速度計(jì)和陀螺儀設(shè)計(jì)，幫助挽救生命，引領(lǐng)市場不斷發(fā)展。獨(dú)一無二的ADXC150x陀螺儀采用已獲得專利的差分Quad-Sensor™（四傳感器™）設(shè)計(jì)，可有效抑制線性加速度，包括外部重力和振動。這種先進(jìn)的加速度計(jì)采用低Q傳感器波束設(shè)計(jì)，具有出色的噪音抑制性能，同時(shí)具有較寬的動態(tài)范圍，在最具挑戰(zhàn)性的汽車環(huán)境中也能穩(wěn)妥處理過載信號。初期提供兩種產(chǎn)品配置：ADXC1500，采用配有偏航角速度陀螺儀的雙軸加速度計(jì)；ADXC1501，采用配有偏航角速度陀螺儀的三軸加速度計(jì)。兩款產(chǎn)品均提供SPI數(shù)字輸出，采用16引腳倒腔SOIC封裝，具有穩(wěn)定的抗電磁干擾性能。
關(guān)于CEDA
CEDA（中國信息產(chǎn)業(yè)商會分銷商分會）是一個(gè)非盈利行業(yè)服務(wù)機(jī)構(gòu)，推動授權(quán)電子分銷服務(wù)體系在中國發(fā)展，致力于可信電子元器件供應(yīng)鏈建設(shè)。CEDA服務(wù)在中國運(yùn)作的授權(quán)分銷商，幫助會員做大做強(qiáng)，協(xié)同發(fā)揮技術(shù)增值服務(wù)和供應(yīng)鏈增值服務(wù)價(jià)值。CEDA的使命是在國家鼓勵發(fā)展生產(chǎn)服務(wù)業(yè)的大環(huán)境下，積極爭取政策和行業(yè)資源，促使電子元器件分銷服務(wù)與科技服務(wù)業(yè)、商貿(mào)服務(wù)業(yè)、現(xiàn)代物流業(yè)和金融服務(wù)業(yè)融合。
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