傳感器信號調理“好芯”的精益求精

　　鄭小龍?（《電子產品世界》編委）

　　摘?要：傳感器信號調理芯片和人體溫度芯片在汽車、工業及可穿戴設備的應用中發揮著舉足輕重的作用。北京久好電子科技有限公司為工業及消費類產業提供高性能、高可靠性、低成本的芯片產品，矢志成為領先的國產傳感器核心芯片、系統解決方案的優選提供商。

　　關鍵詞：傳感器；信號調理芯片；汽車級傳感；健康可穿戴；物聯網

　　傳感器是一個既古老，又長盛不衰的行業。從工業電氣化開始，傳感器就無處不在并且品類繁雜，其部件組成和實現手段隨時代的發展而升級換代。筆者曾工作18年的美國某大型導體公司，其傳感和控制事業部聞名遐邇，獨立為S公司后風光猶在。進入物聯網時代，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，然而已經在數模混合集成電路設計領域成績斐然，依靠的是清華的核心研發精英。董事長劉衛東是清華電子系85級校友，他指出久好電子主要發展方向就是物聯網傳感器芯片和健康可穿戴設備芯片，核心技術有3個：①擁有高速、高分辨率和低功耗，具有自主知識產權的模數（A/D）和數模（D/A）轉換單元。②掌握高性能低功耗混合信號集成電路設計技術，以及針對傳感器、集成電路及算法一體化軟硬件協同設計經驗。③對傳感器的非線性、零點偏差、靈敏度及溫漂的先進補償算法。面向工業和消費電子領域，久好電子提供傳感器相關的核心技術產品及完整的解決方案。

　　回顧行業的歷史，劉總感慨傳感器作為國內重要的工業產品，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，國內企業踴躍參與國產化進程，盡管傳感核心芯片從無到有、從計劃到市場有所發展，但與國際先進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設計的創新，憑借的是扎實的理論探討和論文研究，結合市場進行基于性能需求的深入細致的理解，加之參照同行同類產品的深度分析，所以達到了青出于藍而勝于藍的境界。

　　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、進氣歧管壓力、水泵壓力、機油壓力、空調壓力、轉向壓力、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，因此汽車用傳感器芯片的開發難點在于對極高可靠性的要求，必須符合AEQ-Q100車規標準。久好電子為此已有大量投入，并開發4年，得到多家汽車廠商的認可，試生產取得成功，大批量生產在即。

　　面向汽車級傳感器信號調理芯片有JHM110X，這是久好開發出的第一代芯片，屬于針對差分電阻橋式或半橋式傳感器信號設計的高精度模數轉換器，精度可以達到14 bit。之后高端產品有JHM150X，模數轉換器的精度高達16 bit，并且支持電源過壓保護、極性反接保護、短路保護功能。對于高溫度穩定性、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，體溫是身體健康與否的一個重要的指標。無論當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，隨著可穿戴式數字信息產品的潮流興起，溫度測量也成為一種重要的功能，其中包括智能手環、便攜隨身保健或運動跟蹤設備等（圖2）。毫無例外，對于測溫芯片的要求就是三條：測量和數據傳輸時間盡可能短；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次測量及數據傳輸的時間僅需8.8 ms，只通過3個引腳與外部連接，并以單線數字通信協議輸出14bit溫度測量數據，可以很方便地連接各種單片機的GPIO，單線通信速率可達到2.5 kbps。用戶可通過簡單的單個溫度點校正，在32~42 ℃范圍內達到±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150μA。

　　2 面對國外壟斷的應對策略

　　在久好電子產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，但獨立后就把相關傳感芯片部門并入歐洲Melexis。隨著國內公司可以推出同類傳感芯片，并與國際同類產品性能不相上下時，價格戰就成為國際對手的“撒手锏”，甚至為了競爭，其芯片售價低于國內芯片成本。

　　面對挑戰，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、穩定性、易用性。高性價比靠的是從可制造性出發來優化產品設計，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行規?；a。提高穩定性的考量上是多方面的，在支持上實行通用覆蓋，將產品類型集中，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品解決方案，對此可以提供評估套件和軟件。對特定應用也可提供集成傳感芯片和周邊器件而成為模塊，如JHM711數字高精度氣壓傳感器就是這樣的產品形態。

　　3 小結

　　久好電子僅用6年時間，就在國產傳感器芯片領域風生水起，目前每年出貨量達到千萬片級別，客戶數量近500家，其中不乏國際知名企業。俗話說“酒好不怕巷子深”，久好的“酒好”是勇立物聯網的潮頭，通過精益求精來提高產品的性能和品質，并以降低成本進行普及式銷售。相信久好將以中國傳感之芯屹立于國際同行的強手之林。

　?。ㄗⅲ罕疚膩碓从诳萍计诳峨娮赢a品世界》2020年第06期。）