TI：從終端應(yīng)用出發(fā)設(shè)計傳感器

Will Cooper

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(tǒng)的設(shè)計師來說也是如此。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)計一個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)備的狹小空間中進行準確測量。德州儀器（TI）是首個率先發(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，它對于我們在競爭中脫穎而出至關(guān)重要。在電機控制或電源等其他應(yīng)用中，傳感器設(shè)計的目的是實現(xiàn)更快的響應(yīng)，或更少的偏移。其中有許多因素需要考慮，以針對不同場景或應(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)備獨特挑戰(zhàn)的傳感器供應(yīng)商將贏得最大的市場份額。例如，COVID-19 加速了體溫監(jiān)測的應(yīng)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(jiān)測體溫的應(yīng)用產(chǎn)生。TI 正在與希望實現(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，簡化其解決方案的設(shè)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(yīng)鏈。

我認為在可穿戴設(shè)備中看到的最大變化是納入了更多基于健康監(jiān)測的功能。今后醫(yī)療用傳感器無疑會朝著更小尺寸和更精確的方向發(fā)展，但這其中同時又蘊含著技術(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，這一點有時比較難實現(xiàn)。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(yīng)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(jīng)集成了噪聲過濾功能以實現(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)計傳感器時從終端應(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)在的傳感器團隊工作過之后，我注意到所有這些領(lǐng)域都有一個共同點，就是需要模塊來簡化和縮短系統(tǒng)開發(fā)的時間。模塊化通常有兩條路線：它們或針對特定的系統(tǒng)進行高度優(yōu)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?qū)崿F(xiàn)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(tǒng)中要高一些，但卻降低了系統(tǒng)設(shè)計人員的前期開發(fā)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(tǒng)中利用這些技術(shù)。

還有一點很重要，那就是一個公司可以通過軟件方面來創(chuàng)造競爭優(yōu)勢，并不總是需要成為硬件專家才能在市場上創(chuàng)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(chuàng)建一個安全可靠的系統(tǒng)，而無需在可能不會增強優(yōu)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(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?qū)⒏呒墑e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實現(xiàn)傳感和復(fù)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(fù)雜系統(tǒng)之中。

總的來說，使用傳感器的方式取決于您認為應(yīng)用中什么因素是最重要的。有時候集成可以實現(xiàn)準確度、響應(yīng)時間和功耗的最佳組合，以滿足應(yīng)用的需求，而有時卻不能。我相信，如果你有多個系統(tǒng)設(shè)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。