傳感器的精度技術(shù)

　　據(jù)研究機(jī)構(gòu)預(yù)測(cè)，便攜式醫(yī)療設(shè)備市場(chǎng)規(guī)模將在未來(lái)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(chǎng)規(guī)模有望在2022年達(dá)到近260億美元。這些市場(chǎng)需求的增長(zhǎng)主要源于移動(dòng)健康監(jiān)測(cè)設(shè)備、個(gè)人制氧機(jī)和固定設(shè)備的驅(qū)動(dòng)。在衛(wèi)生保健市場(chǎng)中，越來(lái)越多的科技設(shè)計(jì)正在力求不干擾人們的生活，對(duì)小型化設(shè)備的需求也因此日漸提高。表面上看來(lái)，相較于傳感精度，市場(chǎng)對(duì)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(xiāo)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(guó)授權(quán)分銷(xiāo)商的協(xié)會(huì)組織，在中國(guó)信息產(chǎn)業(yè)商會(huì)的領(lǐng)導(dǎo)下，為中國(guó)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(guó)電子授權(quán)分銷(xiāo)商名錄》包括50家在中國(guó)市場(chǎng)活躍的授權(quán)分銷(xiāo)商，營(yíng)業(yè)額超過(guò)500億美元。 CEDA歡迎在中國(guó)市場(chǎng)活躍的授權(quán)分銷(xiāo)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(guó)內(nèi)代理合作伙伴的重要渠道，成為并購(gòu)和重組的可信依據(jù)�！�2016中國(guó)電子授權(quán)分銷(xiāo)商名錄》目前已開(kāi)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(kāi)電子元器件授權(quán)分銷(xiāo)商領(lǐng)袖峰會(huì)暨電商與投融資洽談會(huì)。

　　除了家用保健，在飛機(jī)、直升機(jī)以及其他空間受限場(chǎng)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(jí)基本壓力傳感器如果具有適當(dāng)?shù)木�度水平，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(chǎng)中，越來(lái)越多的科技設(shè)計(jì)正在力求不干擾人們的生活，對(duì)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(shì)。此外，對(duì)于需要在狹小空間中進(jìn)行的醫(yī)療過(guò)程來(lái)說(shuō)（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(lái)，相較于傳感精度，市場(chǎng)對(duì)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(huì)帶來(lái)不良的后果。

　　小體積、多功能的傳感器需求更高

　　如今，對(duì)低成本高級(jí)基本壓力傳感器的需求正在與日俱增地提交到垂直市場(chǎng)中的原始設(shè)備制造商手中。這意味著，對(duì)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(lái)說(shuō)，低成本的高級(jí)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(dòng)性。

　　在衛(wèi)生保健市場(chǎng)，人們?cè)絹?lái)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(duì)于更小的設(shè)備的需求越來(lái)越大。這在制氧機(jī)、CPAP呼吸機(jī)等設(shè)備的發(fā)展趨勢(shì)上都有所體現(xiàn)。此外，對(duì)于需要在狹小空間中進(jìn)行的醫(yī)療過(guò)程來(lái)說(shuō)（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(duì)部件（例如傳感器）自身的更佳功能性的需求也越來(lái)越高。

　　當(dāng)然，這是一個(gè)兩難的問(wèn)題。因?yàn)楦�高的精度往往意味著更高的價(jià)格。而這對(duì)于低成本、大規(guī)模的應(yīng)用來(lái)說(shuō)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(duì)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(wàn)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(cè)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(duì)低成本傳感器的精度水平進(jìn)行評(píng)估？要從這些類(lèi)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(lái)競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)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(wú)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(jiàn)賣(mài)點(diǎn)。無(wú)論是否是“低成本”，精度都已成為一個(gè)差異化優(yōu)勢(shì)。

　　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(cè)病人何時(shí)開(kāi)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(duì)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(huì)完全抵消使用即插即用技術(shù)所實(shí)現(xiàn)的優(yōu)勢(shì)，比如，即插即用技術(shù)對(duì)于放寬對(duì)系統(tǒng)中其他部分的規(guī)格要求的優(yōu)勢(shì)。但是，這種優(yōu)勢(shì)對(duì)于致力于滿足設(shè)計(jì)要求的工程師來(lái)說(shuō)具有很大的價(jià)值。舉例來(lái)說(shuō)，如果工程師能夠在制氧機(jī)內(nèi)部更精確地測(cè)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(chǎng)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(wú)補(bǔ)償傳感器更受歡迎。帶放大補(bǔ)償功能的傳感器通常可以直接使用，無(wú)需任何額外的改動(dòng)，并且具有很高的互換性、校準(zhǔn)和溫度補(bǔ)償功能。假如沒(méi)有使用帶mV輸入ADC（模數(shù)轉(zhuǎn)換器）的ASIC（專(zhuān)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(wú)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(kāi)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(lái)的一切優(yōu)點(diǎn)就都沒(méi)意義；簡(jiǎn)便安裝所帶來(lái)的節(jié)省可能都會(huì)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(jiàn)，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(duì)這些便宜傳感器的精度進(jìn)行改進(jìn)。通過(guò)上述分析，許多工程師都可以認(rèn)識(shí)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(lái)，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�量，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(cè)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(cè)病人何時(shí)開(kāi)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(duì)病人開(kāi)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(guò)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(jìng)爭(zhēng)產(chǎn)品。

　　其他實(shí)際應(yīng)用

　　帶放大功能的高級(jí)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(guò)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(cè)、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(shì)所趨。而對(duì)于那些需要在艱苦環(huán)境中提供醫(yī)療服務(wù)的專(zhuān)業(yè)人員來(lái)說(shuō)，這些設(shè)備也必須更加實(shí)用。但無(wú)論是專(zhuān)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(jí)，將有助于設(shè)備制造商在未來(lái)不斷增長(zhǎng)的市場(chǎng)中差異化他們的產(chǎn)品價(jià)值，帶來(lái)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(cè)和ADAS應(yīng)用市場(chǎng)。意法半導(dǎo)體（ST）在大中華地區(qū)的授權(quán)分銷(xiāo)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(lái)技術(shù)合作開(kāi)發(fā)項(xiàng)目，其中包括激光掃描產(chǎn)品聯(lián)合開(kāi)發(fā)計(jì)劃。意法半導(dǎo)體將為該合作項(xiàng)目帶來(lái)其在半導(dǎo)體工藝設(shè)計(jì)和制造領(lǐng)域多年積累的專(zhuān)業(yè)知識(shí)，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(zhuān)業(yè)知識(shí)。 

　　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(chǎng)的承諾，共同開(kāi)創(chuàng)更多的商機(jī)。這一合作關(guān)系將讓ST能夠?qū)ふ宜�有的發(fā)展機(jī)會(huì)，提高激光掃描技術(shù)和我們優(yōu)勢(shì)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(duì)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(zhuān)長(zhǎng)，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(zhuān)長(zhǎng)，以及MicroVision獨(dú)有的系統(tǒng)引擎、應(yīng)用知識(shí)和知識(shí)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(tái)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(chē)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(tái)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(chē)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(chē)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(cè)系統(tǒng)，盡量減少較大誤差源至關(guān)重要。車(chē)輛中已安裝這些傳統(tǒng)型底盤(pán)控制系統(tǒng)，包括防抱死制動(dòng)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(cè)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(cè)器系列克服了將汽車(chē)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(tái)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(cè)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(huì)校準(zhǔn)輸出，在整個(gè)汽車(chē)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(lái)，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(chǎng)不斷發(fā)展。獨(dú)一無(wú)二的ADXC150x陀螺儀采用已獲得專(zhuān)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(dòng)。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(dòng)態(tài)范圍，在最具挑戰(zhàn)性的汽車(chē)環(huán)境中也能穩(wěn)妥處理過(guò)載信號(hào)。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(guó)信息產(chǎn)業(yè)商會(huì)分銷(xiāo)商分會(huì)）是一個(gè)非盈利行業(yè)服務(wù)機(jī)構(gòu)，推動(dòng)授權(quán)電子分銷(xiāo)服務(wù)體系在中國(guó)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(guó)運(yùn)作的授權(quán)分銷(xiāo)商，幫助會(huì)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(guó)家鼓勵(lì)發(fā)展生產(chǎn)服務(wù)業(yè)的大環(huán)境下，積極爭(zhēng)取政策和行業(yè)資源，促使電子元器件分銷(xiāo)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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