TI：從終端應(yīng)用出發(fā)設(shè)計(jì)傳感器

Will Cooper

傳感器在小型化和精準(zhǔn)化以及低功耗之間平衡很有難度，我相信對(duì)這些系統(tǒng)的設(shè)計(jì)師來說也是如此。它要求我們與可穿戴設(shè)備客戶更緊密地合作，去了解他們的挑戰(zhàn)，并設(shè)計(jì)一個(gè)盡量多地能幫助解決這些挑戰(zhàn)的傳感器。在可穿戴設(shè)備領(lǐng)域，需求集中于如何在可穿戴設(shè)備的狹小空間中進(jìn)行準(zhǔn)確測(cè)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(duì)于我們?cè)诟?jìng)爭(zhēng)中脫穎而出至關(guān)重要。在電機(jī)控制或電源等其他應(yīng)用中，傳感器設(shè)計(jì)的目的是實(shí)現(xiàn)更快的響應(yīng)，或更少的偏移。其中有許多因素需要考慮，以針對(duì)不同場(chǎng)景或應(yīng)用來優(yōu)化傳感器。

1 可穿戴傳感器方案

用創(chuàng)新解決可穿戴設(shè)備獨(dú)特挑戰(zhàn)的傳感器供應(yīng)商將贏得最大的市場(chǎng)份額。例如，COVID-19 加速了體溫監(jiān)測(cè)的應(yīng)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(jiān)測(cè)體溫的應(yīng)用產(chǎn)生。TI 正在與希望實(shí)現(xiàn)這些功能的客戶密切合作，通過優(yōu)化傳感器的精度和尺寸，簡(jiǎn)化其解決方案的設(shè)計(jì)。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(dú)植入兩個(gè)傳感器，如此便可以簡(jiǎn)化客戶的供應(yīng)鏈。

我認(rèn)為在可穿戴設(shè)備中看到的最大變化是納入了更多基于健康監(jiān)測(cè)的功能。今后醫(yī)療用傳感器無疑會(huì)朝著更小尺寸和更精確的方向發(fā)展，但這其中同時(shí)又蘊(yùn)含著技術(shù)挑戰(zhàn)和利弊權(quán)衡。不同類型的傳感器技術(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，但需要一種方法來建立物理接觸，這一點(diǎn)有時(shí)比較難實(shí)現(xiàn)。舉例來說，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(yīng)用中處理此問題的方法，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)集成了噪聲過濾功能以實(shí)現(xiàn)更高的精度，而客戶在系統(tǒng)層面上需要做得更多。從傳感器方面來看，這意味著我們需要在設(shè)計(jì)傳感器時(shí)從終端應(yīng)用出發(fā) ——努力幫助客戶縮小系統(tǒng)，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 的無線連接、處理器、電源以及現(xiàn)在的傳感器團(tuán)隊(duì)工作過之后，我注意到所有這些領(lǐng)域都有一個(gè)共同點(diǎn)，就是需要模塊來簡(jiǎn)化和縮短系統(tǒng)開發(fā)的時(shí)間。模塊化通常有兩條路線：它們或針對(duì)特定的系統(tǒng)進(jìn)行高度優(yōu)化，或面對(duì)成千上萬的客戶需求普遍適用。有時(shí)候一個(gè)模塊能夠?qū)崿F(xiàn)特定的外形尺寸，以便將傳感元件安裝在一個(gè)專門的位置，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(tǒng)中要高一些，但卻降低了系統(tǒng)設(shè)計(jì)人員的前期開發(fā)成本?？偟膩碚f，我認(rèn)為模塊化使更多的客戶能夠以較低的門檻在他們的系統(tǒng)中利用這些技術(shù)。

還有一點(diǎn)很重要，那就是一個(gè)公司可以通過軟件方面來創(chuàng)造競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)，并不總是需要成為硬件專家才能在市場(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(jī)會(huì)來創(chuàng)建一個(gè)安全可靠的系統(tǒng)，而無需在可能不會(huì)增強(qiáng)優(yōu)勢(shì)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(jié)合打造人工智能系統(tǒng)的企業(yè)的具體需求來看。人工智能需要來自傳感器的數(shù)據(jù)來感知環(huán)境并做出明智的決策，有時(shí)這確實(shí)需要依賴于綜合的解決方案。

在 TI，我們擁有集成了射頻、處理功能和溫度傳感器的無線 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?qū)⒏呒?jí)別的數(shù)據(jù)反饋給基于云的智能系統(tǒng)，這是提高效率的一種方式。我們還提供可以同時(shí)實(shí)現(xiàn)傳感和復(fù)雜處理能力的毫米波雷達(dá)傳感器。它可被集成，也可被單獨(dú)使用，甚至也可以被集成在復(fù)雜系統(tǒng)之中。

總的來說，使用傳感器的方式取決于您認(rèn)為應(yīng)用中什么因素是最重要的。有時(shí)候集成可以實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確度、響應(yīng)時(shí)間和功耗的最佳組合，以滿足應(yīng)用的需求，而有時(shí)卻不能。我相信，如果你有多個(gè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)人員來研究這個(gè)問題，他們可能會(huì)采取不同的方法來解決它。