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物联网智能传感器的噪声与功耗

2017年05月17日 11:56 次阅读

对于那些为物联网应用领域开发智能传感器的人士而言,性能与功耗的关系是最微妙的权衡考虑。在广阔的性能空间中,噪声常常是一个重要的评估因素,因为它能制约智能传感器中关键功能模块的器件选择,进而提高功耗负担。此外,噪声特性在很大程度上决定了滤波要求,而这又会影响传感器对条件快速变化的响应能力,延长产生高质量测量结果所需的时间。

在支持连续观测(采样、处理、通信)的应用中,系统架构师常常不得不解决噪声与功耗相互对立的关系,因为噪声最低的解决方案很少正好也是功耗最低的解决方案(就特定功能类别的器件而言)。例如,MEMS加速度计常常用作远程倾斜测量系统的核心传感器。表1显示了两款不同产品的重要特性,它们提供目前在业界领先的噪声或功耗性能:ADXL355(低噪声)和ADXL362(低功耗)。

表1包括四行,其中三行对应ADXL362的可选工作模式,剩下的一行给出了ADXL355的主要指标。从这一权衡空间的关键边界开始,ADXL355的噪声比最低功耗模式的ADXL362要低几乎27倍,但前者的功耗要高得多。性能要求更具挑战性的应用可能需要考虑ADXL362的最高性能模式,此时ADXL355的噪声要低9倍,但ADXL362的功耗要低13倍。

物联网智能传感器的噪声与功耗

在不需要连续观测的应用中,平均功耗与噪声的关系变得更有意义。或许令人难以置信,但噪声和功耗的关系甚至可能变成互补式。这对开发人员来说无疑是个好消息。因为在之前的设计中,开发人员可能因难以确定该让功耗还是性能主导其设计而延误了时机。而现在,无需等待其他人在这一权衡中做出决定,智能传感器架构师可自行对权衡范围内的相关选项进行量化;这一做法将重新定义架构师的工作。

智能传感器架构

为了量化特定应用的相关选项,首先需要对信号链做一些假设,因此可以从概念架构开始。图1是智能传感器架构的一般例子,其中包含了最常见的功能。

物联网智能传感器的噪声与功耗

图1.智能传感器架构

核心传感器

智能传感器节点中的信号链从核心传感器功能开始。最基本形式的核心传感器也称为变换器,其将物理条件或属性转换成代表性的电信号。传感器的比例因子描述其电响应与其监控的物理属性或条件的线性关系。例如,提供模拟输出的温度传感器(如AD590)的比例因子单位为mV/°C;数字加速度计(如ADXL355)的比例因子用LSB/g或码数/g来表示。

滤波器

信号链(图1)的下一个功能模块是滤波器。这一级的作用是降低核心传感器可能支持,但与应用无关的频段中的噪声。在振动监控应用中,这可能是一个带通滤波器,它将随机振动与可能指示机器寿命减损的特定频谱特征分离开来。在倾斜传感器中,这可能是一个简单的低通滤波器,例如移动平均滤波器。这种情况下,时长是建立时间与滤波器输出残余噪声之间的一个重要权衡因素。图2显示了ADXL355艾伦方差曲线的例子,它表示相对于产生测量的均值时间,测量的不确定性(噪声)。

物联网智能传感器的噪声与功耗

图2.艾伦方差曲线:ADXL355和ADXL362

校准

校准功能的作用是通过应用校正公式来提高测量精度。在要求极高的应用中,通常是在严格受控条件下进行测量,通过直接观测传感器响应来获得此类校正公式。例如在倾斜传感器应用中,校准过程涉及到观测MEMS加速度计在多个不同方向上相对于重力的输出。这种观测的一般目标是观测传感器对足够多取向的响应,从而求解如下关系式(参见方程1)中所有12个校正系数(m11、m12、m13、m21、m22、m23、m31、m32、m33、bx、by、bz):

物联网智能传感器的噪声与功耗

方程1中的校正系数用于处理偏置、灵敏度和对准误差。此公式还可以扩展以包括更高阶传感器特性(非线性)或环境相关性(温度、电源电平)。

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基于CAN总线的称重设备,可把从称重传感器采集的数据直接发送到CAN现场总线上,取代传统的称重仪表,...

发表于 2018-04-12 18:09 124次阅读
基于CAN总线的称重设备的硬件设计

有大神知道心率传感器pulse sensor 的工作原理吗?

发表于 2018-04-12 17:21 209次阅读
有大神知道心率传感器pulse sensor 的工作原理吗?

如何理解5G和物联网的关系?

发表于 2018-04-12 17:18 56次阅读
如何理解5G和物联网的关系?

未来物联网将出现八大变化

物联网 设备将把我们的家庭和工作场所带到新的连接高度。 IoT是Internet of things...

发表于 2018-04-12 17:04 115次阅读
未来物联网将出现八大变化

物联网缘何被再度热炒?从物联网到边缘计算说开去

笔者认为,物联网的产业生态太过庞大,比如芯片、网络、终端等。而作为物联网的重要实现基础是计算功能。市...

发表于 2018-04-12 16:38 342次阅读
物联网缘何被再度热炒?从物联网到边缘计算说开去

互联网公司的介入会不会直接灭掉尚靠资本补血的纯物...

这几年,大家逐步认可了物联网平台对产业的贡献,得益于中国移动的OneNET、华为的OceanConn...

发表于 2018-04-12 16:34 351次阅读
互联网公司的介入会不会直接灭掉尚靠资本补血的纯物...

安森美半导体高度集成触摸/接近传感器荣获《中国电...

推动高能效创新的安森美半导体的LC717A30UJLC717A30UJ单芯片触摸/接近感测方案荣获《...

发表于 2018-04-12 16:24 1565次阅读
安森美半导体高度集成触摸/接近传感器荣获《中国电...

物联网无线模块:什么是组合模块

物联网是新一代信息技术的重要组成部分,也是“信息化”时代的重要发展阶段。其英文名称是:“Intern...

发表于 2018-04-12 15:52 163次阅读
物联网无线模块:什么是组合模块

传感器为什么对物联网如此重要?

物联网的四层架构来看,感知层位于通信层、平台层和应用层的底部,也就是整个物联网金字塔的奠基,如果没法...

发表于 2018-04-12 15:51 374次阅读
传感器为什么对物联网如此重要?

思科认为:越来越多的运营技术和物联网攻击即将出现...

反射放大攻击采用可能合法的第三方组件向目标发送攻击流量,以此隐藏攻击者的身份。攻击者将数据包发送给反...

发表于 2018-04-12 15:35 471次阅读
思科认为:越来越多的运营技术和物联网攻击即将出现...

安全防护空间:机器人系统的限定空间

在考虑机器人的位置、布局并提前评估防护空间内部的危险后再进行机械式防护的空间设计,是比较建议的流程。...

发表于 2018-04-12 15:10 285次阅读
安全防护空间:机器人系统的限定空间

智能传感器有没有发展前景?现状优势如何?

国家工业和信息化部下发意见函,中国工程院组织遴选的MEMS传感器产业化等16个项目,拟作为《中国制造...

发表于 2018-04-12 11:37 96次阅读
智能传感器有没有发展前景?现状优势如何?

物联网安全:是选基于软件还是基于硬件的安全方案

基于硬件的安全使用专用集成电路(IC)或具有专用安全硬件的处理器——它们专门为提供加密功能和防范攻击...

发表于 2018-04-12 09:56 359次阅读
物联网安全:是选基于软件还是基于硬件的安全方案

智能音箱被视为家庭入口来想象未来,不要被这股虚火...

在国内,京东联合科大讯飞推出叮咚智能音箱,是国内最大进入智能音箱巨头,搭载科大讯飞语音技术,通过叮咚...

发表于 2018-04-12 09:42 408次阅读
智能音箱被视为家庭入口来想象未来,不要被这股虚火...

工业5.0未来的发展以及对人们的影响

当全球相当数量的公司正在努力融入工业4.0的时候,关于工业5.0的讨论已经开始。本文将为您介绍工业5...

发表于 2018-04-11 16:18 656次阅读
工业5.0未来的发展以及对人们的影响

盘点几条为什么选用智能家居的理由

随着物联网、云计算、无线通信等新技术的发展,智能家居得到了快速发展更大的方便了人们的生活。智能家居能...

发表于 2018-04-11 15:52 391次阅读
盘点几条为什么选用智能家居的理由

百家争鸣 智能物联网应用未来如何发展

发表于 2018-04-08 16:17 192次阅读
百家争鸣   智能物联网应用未来如何发展

是什么让物联网卡变得如此火?

发表于 2018-04-04 10:31 262次阅读
是什么让物联网卡变得如此火?

全球物联网设备将超百亿,物联网卡需求与日俱增

发表于 2018-04-03 11:30 354次阅读
全球物联网设备将超百亿,物联网卡需求与日俱增

无线模块指标测试资料,简化测试方法

发表于 2018-03-29 11:11 238次阅读
无线模块指标测试资料,简化测试方法

【转帖】电流传感器和互感器

发表于 2018-03-27 15:43 153次阅读
【转帖】电流传感器和互感器

关于基恩士的颜色传感器的用法

发表于 2018-03-27 12:03 391次阅读
关于基恩士的颜色传感器的用法

STM32L152的低功耗测试

发表于 2018-03-26 15:06 359次阅读
STM32L152的低功耗测试