用于消费应用的传感器技术介绍

传感器几乎不是消费电子设计的新元素。然而，最近，它们变得更小，成本更低，并且比过去更节能。这些发展促进了它们在便携式设备中的使用（目前智能手机和平板电脑的用户吸引力在很大程度上取决于传感器解决方案的质量），游戏（感知用户的移动允许将该移动转换为 - 屏幕游戏角色动作），导航和家用电器。

传感器技术的进步也使家庭自动化，机器人和数字健康领域的新应用成为可能。然而，仅仅在所谓的“可穿戴设备”领域，健身带和其他外围设备从生物识别传感器接收输入，然后使用无线电连接带来智能手机或平板电脑的分析能力，而智能手机或平板电脑则可以点击更多的计算和通信资源的云。

现在有一些应用程序使用智能手机传感器，只需分析他或她的肤色，即可提供对某人心率的无触摸分析;每次心跳血液冲到脸上并减少从皮肤反射的光量，虽然人眼无法察觉，但可由智能手机传感器测量。

根据最近发表的研究报告，“传感器市场在消费电子产品公司“由美国全球市场研究和咨询公司MarketsandMarkets负责，到2020年消费电子传感器应用将达到292.5亿美元。用于消费电子和家用电器的传感器包括压力，接近度，运动，温度，流量和液位，声学，触摸和图像传感器。现在让我们来看一些通常可以在消费电子产品终端产品中使用的代表性设备。

用于消费应用的压力传感器的一个例子是意法半导体的LPS331AP MEMS压力传感器（图1）。这种超紧凑的绝对压阻式压力传感器包括一个单片传感元件和一个IC接口，能够从传感元件获取信息并向外界提供数字信号。该传感器可在便携式设备中实现3D室内定位和增强型GPS，并可用于室内和室外导航，航位推算增强型GPS，运动手表以及便携式设备的高度计和气压计测量。

VENSENS过程使用意法半导体（STMicroelectronics）制造这种传感器，可以在空气腔上方生产单晶硅膜，并具有可控间隙和规定的压力。与传统的硅微加工膜相比，这种膜非常小，并且设计用于防止膜破裂。该传感器采用小型塑料焊盘阵列（HCLGA）封装，工作温度范围为-40°C至+ 85°C。

图1： STMicroelectronics LPS331A的框图。

消费电子应用中常用部件的另一个例子是Microchip MCP9800/1/2/3高精度温度传感器（图2）。这些传感器应用于娱乐系统，移动电话和通用温度监控，可在-10°至+ 85°C范围内提供±1°C（最大值）的精度。

图2：显示Microchip MCP9800/02典型应用的方框图。

Microchip传感器的工作电压范围为2.7至5.5 V，双线I²C/SMBus兼容串行接口，最多可支持8个器件可在单个串行总线中控制，省电一次性温度测量，并采用SOT-23-5，MSOP-8和SOIC-8封装。

传感器现在用于远程监控家用电器。这些应用程序的选择标准始于高精度。其中一个温度监测器是恩智浦半导体的PCT2075温度传感器（图3）。它在-25°C至+ 100°C范围内具有±1°C的精度，可进行大多数温度测量。

图3：恩智浦PCT2075温度传感器可实现远程监控。 》该器件的分辨率为11位或+ 0.125°C，使您能够感应微小的温度变化，同时出色的精度确保在具有许多I²C从器件的总线上快速响应，在这种情况下，在同一I²C上允许多达27个器件-bus段仅使用三个器件引脚。典型的工业标准器件仅允许同一I²C总线段上的8个器件，而无需复杂的多路复用方案。在确定表面上的温度梯度时，此功能特别有用PCT2075可根据不同的操作条件进行配置。可以将其设置为正常模式以定期监控环境温度，或者在关闭模式下将功耗降至最低。应用包括个人计算机，固态硬盘，恒温器和液晶电视。

对于便携式电子产品市场而言，最大限度地降低功耗以提供更长的电池使用而无需充电是一项重大挑战。液晶显示器和背光照明特别耗电。通过使用环境光传感器，背光LED可以更长时间地运行并且具有显着的性能改进。这些照明传感器或光学传感器尤其用于手机中，以便在从黑暗到直射阳光的许多照明条件下自动控制显示器背光亮度。

环境光传感器的一个例子非常适合这项任务是ams的TSL2591，一种非常高灵敏度的光数字转换器，可将光强度转换为能够直接I²C接口的数字信号输出（图4）。

图4：高灵敏度的ams TSL2591光数字转换器将光强度转换为能够直接I²C接口的数字信号输出。

该设备近似于人眼响应，并结合了一个宽带光电二极管（可见光和红外线）和单个CMOS集成电路上的一个红外响应光电二极管。两个积分ADC将光电二极管电流转换为数字输出，表示在每个通道上测量的辐照度。

数字输出可以输入到微处理器，其中使用近似于人眼响应的经验公式导出lux环境光水平。 TSL2591支持传统级样式中断，在固件清除之前保持活动状态。

运动传感器继续在消费者应用中获得重要地位。基于尺寸，成本和降低功耗的MEMS技术创新将这些运动传感器从工业和汽车基地转移到手持式消费设备。这些惯性传感器用于笔记本电脑，MP3播放器，数码相机，电视遥控器，游戏控制器和移动电话，可实现增强的操作。

典型应用包括图像和视频稳定，抵消手抖动。这些传感器还可用于跌落系统，以保护硬盘免受跌落造成的损坏，无论是安装在PC，MP3播放器，相机，手机还是平板电脑中。

MPU-3000/MPU-3050运动处理单元来自InvenSense（图5）支持3D运动处理和手势识别算法。 MPU-30X0系列可显着扩展和转换加速度计提供的动态感应功能，超越纵向和横向。当与数字三轴第三方加速度计一起使用时，MPU-30X0通过专用接口收集数据，同时以用户定义的速率同步数据采样。

图5 ：InvenSense MPU-3000/MPU-3050的方框图。

MPU-30X0获得的总数据集包括三轴陀螺仪和加速度计数据，温度数据以及连接到的一位外部同步信号。 FSYNC引脚。连接到FSYNC引脚的外部同步信号支持图像，视频和GPS同步。该设备经过工厂校准和抗冲击。

MPU-30X0不仅为一些更常见的消费电子应用提供精确的1：1运动跟踪，例如静止/视频图像稳定，游戏和航位推算，32位部件可以编程为多种手势和字符识别应用提供高级用户界面。智能，可靠性，低功耗，低成本和高集成度继续成为消费电子产品中传感器使用的推动力。随着人们继续坚持在他们面前，在他们身上，甚至在远方家中管理世界的能力，传感器使用将继续保持高水平的增长，而这种需求反过来将推动进步传感器技术。