TI:從終端應用出發設計傳感器

傳感器在小型化和精準化以及低功耗之間平衡很有難度，我相信對這些系統的設計師來說也是如此。它要求我們與可穿戴設備客戶更緊密地合作，去了解他們的挑戰，并設計一個盡量多地能幫助解決這些挑戰的傳感器。在可穿戴設備領域，需求集中于如何在可穿戴設備的狹小空間中進行準確測量。德州儀器（TI）是首個率先發布將溫度傳感器的典型誤差降至0.05 ℃ 的公司，我們還研發了目前市場上更小更薄的溫度傳感器。這種創新是TI DNA 的一部分，正如創新在任何領域的地位一樣，它對于我們在競爭中脫穎而出至關重要。在電機控制或電源等其他應用中，傳感器設計的目的是實現更快的響應，或更少的偏移。其中有許多因素需要考慮，以針對不同場景或應用來優化傳感器。

1   可穿戴傳感器方案

用創新解決可穿戴設備獨特挑戰的傳感器供應商將贏得最大的市場份額。例如，COVID-19 加速了體溫監測的應用，一定程度上可幫助減少疾病傳播，這可能會推動更多從手腕或耳朵監測體溫的應用產生。TI 正在與希望實現這些功能的客戶密切合作，通過優化傳感器的精度和尺寸，簡化其解決方案的設計。除此之外，在某些情況下，集成可能會變得更加普遍，譬如我們提供集成溫度傳感的濕度傳感器，而不是單獨植入兩個傳感器，如此便可以簡化客戶的供應鏈。

我認為在可穿戴設備中看到的最大變化是納入了更多基于健康監測的功能。今后醫療用傳感器無疑會朝著更小尺寸和更精確的方向發展，但這其中同時又蘊含著技術挑戰和利弊權衡。不同類型的傳感器技術也會產生影響。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，這一點有時比較難實現。舉例來說，如果智能手表佩戴的比較松怎么辦？事實證明，我們找到了一種在耳塞等應用中處理此問題的方法，即在一個空氣通道中使用兩個傳感器。如今，傳感器已經集成了噪聲過濾功能以實現更高的精度，而客戶在系統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計傳感器時從終端應用出發 ——努力幫助客戶縮小系統，并提升精度，這也是TI 關注的重點之一。

2   傳感器的模塊化

先后在TI 的無線連接、處理器、電源以及現在的傳感器團隊工作過之后，我注意到所有這些領域都有一個共同點，就是需要模塊來簡化和縮短系統開發的時間。模塊化通常有兩條路線：它們或針對特定的系統進行高度優化，或面對成千上萬的客戶需求普遍適用。有時候一個模塊能夠實現特定的外形尺寸，以便將傳感元件安裝在一個專門的位置，但也有時候情況并非如此。

模塊化的成本幾乎總是比直接集成到系統中要高一些，但卻降低了系統設計人員的前期開發成本。總的來說，我認為模塊化使更多的客戶能夠以較低的門檻在他們的系統中利用這些技術。

還有一點很重要，那就是一個公司可以通過軟件方面來創造競爭優勢，并不總是需要成為硬件專家才能在市場上創造出一個出色的解決方案。模塊就可以提供這樣的機會來創建一個安全可靠的系統，而無需在可能不會增強優勢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，傳感器雖然很簡單，但還是要結合打造人工智能系統的企業的具體需求來看。人工智能需要來自傳感器的數據來感知環境并做出明智的決策，有時這確實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，或將更高級別的數據反饋給基于云的智能系統，這是提高效率的一種方式。我們還提供可以同時實現傳感和復雜處理能力的毫米波雷達傳感器。它可被集成，也可被單獨使用，甚至也可以被集成在復雜系統之中。

總的來說，使用傳感器的方式取決于您認為應用中什么因素是最重要的。有時候集成可以實現準確度、響應時間和功耗的最佳組合，以滿足應用的需求，而有時卻不能。我相信，如果你有多個系統設計人員來研究這個問題，他們可能會采取不同的方法來解決它。

（本文來源于《電子產品世界》雜志2022年10月期）