傳感器信號調(diào)理“好芯”的精益求精

鄭小龍

摘要：傳感器信號調(diào)理芯片和人體溫度芯片在汽車、工業(yè)及可穿戴設(shè)備的應(yīng)用中發(fā)揮著舉足輕重的作用。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(tǒng)解決方案的優(yōu)選提供商。

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

傳感器是一個既古老，又長盛不衰的行業(yè)。從工業(yè)電氣化開始，傳感器就無處不在并且品類繁雜，其部件組成和實現(xiàn)手段隨時代的發(fā)展而升級換代。筆者曾工作18年的美國某大型導(dǎo)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)時代，形形色色各具特色的傳感器起著感知末梢的作用，其核心就是傳感集成電路芯片。

1 打破國外壟斷，主攻汽車和消費類市場

出于對應(yīng)用于傳感器核心芯片的興趣，筆者在京拜訪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(shù)?；旌霞呻娐吩O(shè)計領(lǐng)域成績斐然，依靠的是清華的核心研發(fā)精英。董事長劉衛(wèi)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(shè)備芯片，核心技術(shù)有3個：①擁有高速、高分辨率和低功耗，具有自主知識產(chǎn)權(quán)的模數(shù)（ A/D）和數(shù)模（D/A）轉(zhuǎn)換單元。②掌握高性能低功耗混合信號集成電路設(shè)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(shè)計經(jīng)驗。③對傳感器的非線性、零點偏差、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(nèi)重要的工業(yè)產(chǎn)品，長期以來被國外公司壟斷，特別是核心芯片。改革開放以來，國家科委開始牽頭布局，國內(nèi)企業(yè)踴躍參與國產(chǎn)化進(jìn)程，盡管傳感核心芯片從無到有、從計劃到市場有所發(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(shè)計的創(chuàng)新，憑借的是扎實的理論探討和論文研究，結(jié)合市場進(jìn)行基于性能需求的深入細(xì)致的理解，加之參照同行同類產(chǎn)品的深度分析，所以達(dá)到了青出于藍(lán)而勝于藍(lán)的境界。

對于汽車用傳感器芯片，必須了解汽車全身遍布著眾多的壓力傳感器，其中包括剎車壓力、進(jìn)氣歧管壓力、水泵壓力、機油壓力、空調(diào)壓力、轉(zhuǎn)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），每一個傳感器對于汽車的安全都密切相關(guān)，因此汽車用傳感器芯片的開發(fā)難點在于對極高可靠性的要求，必須符合AEQ-Q100車規(guī)標(biāo)準(zhǔn)。久好電子為此已有大量投入，并開發(fā)4年，得到多家汽車廠商的認(rèn)可，試生產(chǎn)取得成功，大批量生產(chǎn)在即。

面向汽車級傳感器信號調(diào)理芯片有JHM110X，這是久好開發(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(shè)計的高精度模數(shù)轉(zhuǎn)換器，精度可以達(dá)到14 bit。之后高端產(chǎn)品有JHM150X，模數(shù)轉(zhuǎn)換器的精度高達(dá)16 bit，并且支持電源過壓保護(hù)、極性反接保護(hù)、短路保護(hù)功能。對于高溫度穩(wěn)定性、抗腐蝕、抗過載等需求，由高分辨率陶瓷電容式JHM2102來滿足。

健康向來是人類所追求的目標(biāo)，體溫是身體健康與否的一個重要的指標(biāo)。無論當(dāng)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(zhǔn)的電子體溫計，因此高精度溫度傳感器會有大量的需求。此外，隨著可穿戴式數(shù)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跟蹤設(shè)備等（圖2）。毫無例外，對于測溫芯片的要求就是三條：測量和數(shù)據(jù)傳輸時間盡可能短;有簡單的對外連接接口;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(shù)據(jù)傳輸?shù)臅r間僅需8.8 ms，只通過3個引腳與外部連接，并以單線數(shù)字通信協(xié)議輸出14 bit溫度測量數(shù)據(jù)，可以很方便地連接各種單片機的GPIO，單線通信速率可達(dá)到2.5 kbps。用戶可通過簡單的單個溫度點校正，在32-42℃范圍內(nèi)達(dá)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，溫度測量時電流消耗僅為150 μA。

2 面對國外壟斷的應(yīng)對策略

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

面對挑戰(zhàn)，久好電子迎難而上，明確自己的制勝對策是全面提高性價比、穩(wěn)定性、易用性。高性價比靠的是從可制造性出發(fā)來優(yōu)化產(chǎn)品設(shè)計，并選擇頂級芯片制造廠商臺積電（ TSMC）和中芯國際（SMIC）做流片，采用8英寸硅片汽車工藝進(jìn)行規(guī)模化生產(chǎn)。提高穩(wěn)定性的考量上是多方面的，在支持上實行通用覆蓋，將產(chǎn)品類型集中，并增加附加價值，同時迅速處理Bug。在制造上通過降低成本，達(dá)到以“可拋棄”取代“可維修”，不用維修解決問題。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(yīng)用也可提供集成傳感芯片和周邊器件而成為模塊，如JHM711數(shù)字高精度氣壓傳感器就是這樣的產(chǎn)品形態(tài)。

3 小結(jié)

久好電子僅用6年時間，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(dá)到千萬片級別，客戶數(shù)量近500家，其中不乏國際知名企業(yè)。俗話說“酒好不怕巷子深”，久好的“酒好”是勇立物聯(lián)網(wǎng)的潮頭，通過精益求精來提高產(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。