传感器使得模拟与数字靠得越来越近

2006-02-27 23:57:17 作者：Roger Allan 来源:电子系统设计

关键字：振荡器 触发 气囊 MEMS 软件 平台

　　2006年已经看到了各种各样令人印象深刻的传感器技术进步，不管是它们服务的应用、制造它们的工艺、还是它们的封装。通过与无线技术的结合，传感器已经变成一种非常有力的工具。这一切意味着什么呢？它意味着我们的模拟变量世界和电脑的数字能力之间的间隙正在缩小，并使我们对周围的环境能够有更好的了解。

　　许多这些传感器利用了微机电系统(MEMS)。传统上，MEMS用于在汽车里触发气囊和测量发动机的集流腔绝对压力(MAP)。但现在，它们的作用正扩大到轮胎压力监测系统(TPMS)。

　　不过，传感器的进步并不仅仅只是在硬件方面。为了老年行人的安全，Cambridge Consultants开发了一个传感器软件平台，它将视频传感器与汽车的防撞雷达结合在一起(图1)。这一目标分类软件可以实时提醒司机注意斑马线上的行人。它也使得用户能够以很低成本实现雷达和视频功能。

　　最近，美国Micron Technology公司推出了一种能提升安全和智能驾驶的汽车图像传感器。汽车制造商能够利用它来设计进照相机功能，以辅助或替代汽车侧视镜。它也能用作倒车照相机以便汽车司机能清楚地看到他的车左右两边或背后的状况。

　　传感器在消费电子领域也很有用。在移动电话、音视频记录机、笔记本电脑、掌上电脑、MP3播放机和检测自由落体、加速、震动和振动的电子游戏机中都能发现带有双轴和三轴能力的低成本MEMS传感器。传感器也正在扩展到其它应用中，如倾斜计和高尔夫俱乐部(如图2)。

　　MEMS传感器和技术更肥沃的应用土壤在国土安全和燃料电池技术领域。检测生物和化学威胁的基于MEMS的传感平台正处于开发之中。现在已经有供应商演示了采用MEMS技术的令人振奋的燃料电池系统，这预示着未来的汽车将有更高效的电源。

　　MEMS技术在封装上也得到了提高。阿肯色州大学的一个研究小组已经获得了国家科学基金会(NSF)和wiSpry私人公司的资助，为用在电信、国土安全、生物医疗设备、汽车和航空传感器、以及燃料电池中的产品开发新的MEMS封装技术。

　　学术研究员将与wiSpry公司和Sandia国家实验室的研究员合作研究此项目。他们将研究直径为4到12英寸的MEMS晶圆的封装。这些晶圆将使用硅、聚合物或低温共烤陶瓷材料进行开发。图像传感器是医学应用中广泛使用的技术。结合无线传感能力，图像传感器能帮助医生无需侵入病人身体就能观察到病人的内脏。假如我们能够生产含有一个图像传感器和一个完整收发器的药丸，那么胃肠道医师就能利用它舒服地从附近一个能接收到药丸传输的工作站上观察病人的结肠情况。

　　CMOS图像传感器在性能方面正取得巨大的进步，在很多应用市场向CCD图像传感器发出了挑战。东芝和OmniVision都为高端移动电话应用推出了3.2M像素的图像传感器。它们都能以每秒15帧的速率工作并集成了一个模数转换器(ADC)。

　　无线传感技术随处可见

　　由自依赖型的电池供电节点构成的无线传感技术正将传感技术推向极至。传感模块、传感微粒和传感IC组成的广域无线传感器网络已经对工业界产生了巨大的影响。

　　"无线微尘"网络代表了这一领域内的一种最热门的趋势。例如，微尘网络是SmartMesh-XR网络的一个主要升级。以前所有的技术都不能达到它的性能水准。

　　我们现在还仅处在无线传感器革命的初级阶段，但我们已看到无线传感器网络的前景是非常光明的。不断在传感器、收发器和电池技术领域取得的创新成果肯定将提高无线传感技术的有用性。

　　例如，RF Monolithics公司提供一个可表面安装的、433.92MHz声表面波(SAW)谐振器。这一低功率石英谐振器IC的尺寸仅为3×3mm(如图3所示)。它设计用于汽车TPMS、远程无键进入(RKE)、安全系统和有源RFID标签。