TI：从终端应用出发设计传感器

Will Cooper

传感器在小型化和精准化以及低功耗之间平衡很有难度，我相信对这些系统的设计师来说也是如此。它要求我们与可穿戴设备客户更紧密地合作，去了解他们的挑战，并设计一个尽量多地能帮助解决这些挑战的传感器。在可穿戴设备领域，需求集中于如何在可穿戴设备的狭小空间中进行准确测量。德州仪器（TI）是首个率先发布将温度传感器的典型误差降至 0.05 ℃ 的公司，我们还研发了目前市场上更小更薄的温度传感器。这种创新是 TI DNA 的一部分，正如创新在任何领域的地位一样，它对于我们在竞争中脱颖而出至关重要。在电机控制或电源等其他应用中，传感器设计的目的是实现更快的响应，或更少的偏移。其中有许多因素需要考虑，以针对不同场景或应用来优化传感器。

1 可穿戴传感器方案

用创新解决可穿戴设备独特挑战的传感器供应商将赢得最大的市场份额。例如，COVID-19 加速了体温监测的应用，一定程度上可帮助减少疾病传播，这可能会推动更多从手腕或耳朵监测体温的应用产生。TI 正在与希望实现这些功能的客户密切合作，通过优化传感器的精度和尺寸，简化其解决方案的设计。除此之外，在某些情况下，集成可能会变得更加普遍，譬如我们提供集成温度传感的湿度传感器，而不是单独植入两个传感器，如此便可以简化客户的供应链。

我认为在可穿戴设备中看到的最大变化是纳入了更多基于健康监测的功能。今后医疗用传感器无疑会朝着更小尺寸和更精确的方向发展，但这其中同时又蕴含着技术挑战和利弊权衡。不同类型的传感器技术也会产生影响。例如，基于接触的传感器可以提供更好的精度，但需要一种方法来建立物理接触，这一点有时比较难实现。举例来说，如果智能手表佩戴的比较松怎么办？事实证明，我们找到了一种在耳塞等应用中处理此问题的方法，即在一个空气通道中使用两个传感器。如今，传感器已经集成了噪声过滤功能以实现更高的精度，而客户在系统层面上需要做得更多。从传感器方面来看，这意味着我们需要在设计传感器时从终端应用出发 ——努力帮助客户缩小系统，并提升精度，这也是 TI 关注的重點之一。

2 传感器的模块化

先后在 TI 的无线连接、处理器、电源以及现在的传感器团队工作过之后，我注意到所有这些领域都有一个共同点，就是需要模块来简化和缩短系统开发的时间。模块化通常有两条路线：它们或针对特定的系统进行高度优化，或面对成千上万的客户需求普遍适用。有时候一个模块能够实现特定的外形尺寸，以便将传感元件安装在一个专门的位置，但也有时候情况并非如此。

模块化的成本几乎总是比直接集成到系统中要高一些，但却降低了系统设计人员的前期开发成本。总的来说，我认为模块化使更多的客户能够以较低的门槛在他们的系统中利用这些技术。

还有一点很重要，那就是一个公司可以通过软件方面来创造竞争优势，并不总是需要成为硬件专家才能在市场上创造出一个出色的解决方案。模块就可以提供这样的机会来创建一个安全可靠的系统，而无需在可能不会增强优势的情况下消耗更多资源。

3 传感器的智能化

相比高深的人工智能，传感器虽然很简单，但还是要结合打造人工智能系统的企业的具体需求来看。人工智能需要来自传感器的数据来感知环境并做出明智的决策，有时这确实需要依赖于综合的解决方案。

在 TI，我们拥有集成了射频、处理功能和温度传感器的无线 MCU。这些器件使边缘人工智能的处理更加高效，从而可以在边缘端立即采取行动，或将更高级别的数据反馈给基于云的智能系统，这是提高效率的一种方式。我们还提供可以同时实现传感和复杂处理能力的毫米波雷达传感器。它可被集成，也可被单独使用，甚至也可以被集成在复杂系统之中。

总的来说，使用传感器的方式取决于您认为应用中什么因素是最重要的。有时候集成可以实现准确度、响应时间和功耗的最佳组合，以满足应用的需求，而有时却不能。我相信，如果你有多个系统设计人员来研究这个问题，他们可能会采取不同的方法来解决它。