半导体SoC概念如何改变传感器

将许多组件集成到单个芯片上彻底改变了消费电子行业。片上系统 IC 不是每个功能都有自己的集成电路 （IC），而是将这些不同的功能集成在单个芯片或基板上，以降低功率、缩小尺寸并降低产品成本。

将许多组件集成到单个芯片上彻底改变了消费电子行业。片上系统 IC 不是每个功能都有自己的集成电路 （IC），而是将这些不同的功能集成在单个芯片或基板上，以降低功率、缩小尺寸并降低产品成本。

第一个 SoC 可以追溯到 1970 年代，当时许多组件被集成到单个芯片中以控制新生的数字手表市场。这使得手表尺寸更小并提供足够的电池寿命。手表之后，计算器开始集成新的 SoC，使设备更轻、更便宜。到 1990 年代，IC 公司开始将带有 DSP 和其他组件的微控制器嵌入到系统级芯片中，这推动了手持设备（游戏、仪器、电话）、外围设备和其他产品的迅速普及。通过采用最智能的 IC，将其与其他组件集成并在这些附加功能中共享其智能，电子行业进入了一个创新的新时代。

如今，SoC 已应用于智能手机、电视和汽车的大多数电子产品中。物联网设备和嵌入式系统。将许多功能集成到单个芯片上的能力导致高功率设备在电子行业的所有领域呈爆炸式增长，造福于我们的日常生活。SoC 概念现在正在扩展到其他产品，例如传感器，这将推动下一波创新。

（图 1：SoC – 智能手机 AP 示例）

传感器内系统：将 SoC 概念引入传感器

由于大多数传感器检测或测量物理特性，它们尚未集成到 IC 中。作为模拟和数字世界之间的桥梁，并且通常取决于位置，这使得将它们的全部功能添加到位于集中式 PCB 上的集成电路中变得极其困难。但是，作为一个独立的传感器模块，我们可以利用 SoC 概念来创建更高效、可靠、灵活和功能强大的新一代传感器。

与 SoC 一样，智能传感器并不新鲜，因为这些集成始于 1970 年代，用于高级红外监视和警告系统。最初受军方委托，计算能力、组件小型化和软件算法的进步现在为跨行业和应用的高级传感器模块打开了新的大门。在传感器模块中集成微控制器或 DSP 使其具有智能，可提供额外的功能，例如自校准、自识别、传感器数据的数字化和无线通信。

如今，智能传感器无处不在，包括家庭、汽车和工厂。我们都经历过这样的情况：运动传感器驱动建筑物中的照明和/或 HVAC，距离传感器打开和关闭摄像头或聚光灯，水/湿度传感器指示喷水灭火系统打开，以及警报传感器在违规情况下发送无线通知。这是通过让基本传感器直接与微控制器或 DSP 和通信模块交互来实现的。集成的智能传感器解决方案旨在比试图将所有组件拼凑在一起更好地工作。更紧密的集成减少了延迟，更好地利用了系统资源并提高了整体性能。

（图 2：智能传感器示例）

更进一步，新的传感器系统概念带来了特定于应用程序或用例的高级功能，即使在现场部署传感器后也可以进行调整。就像智能手机的使用模式由用户控制一样，传感器系统的使用模式可以由操作员或基于系统事件来控制。

与智能手机的演变平行

智能手机中的大多数计算功能都由应用处理器 （AP） 驱动，这是一个极其复杂的 SoC，控制着手机的许多功能，包括显示、应用程序、电源和通信模块。AP非常智能。根据您尝试对智能手机执行的操作，SoC 会自行构建以优化所需功能的性能。它就像一把瑞士军刀。根据您要执行的操作，它会提供正确的工具，以便您尽可能高效地完成操作。

传感器不应该具有同样水平的独创性吗？由于许多传感器由 ASIC、微处理器、控制器或 DSP 供电，因此它们可以被构建为灵活和智能的，以最佳地执行不同的功能，就像智能手机上的 AP 一样。拥有一个可以集成到许多设备中的传感器，然后根据即时需求进行自我配置是该技术的发展方向。这可以 在高级传感器技术压力传感器产品中部署的NimbleSense TM 架构中看到。一个传感器可以支持广泛的压力范围而不会降低精度，并且可以根据使用的应用程序打开和关闭各种功能。

传感器内系统：优势

将智能引入传感器系统实施可以带来很多好处。例如，通过为众多项目采购相同的传感器系统，您将受益于更低的库存成本、简化的制造和更直接的供应链。作为制造商，您只需要担心构建和创建一个系统的库存。这降低了您的库存成本并简化了您的制造，因为您不需要为每个产品重新配置生产线。此外，通过将一个传感器用于多种用途和项目，您可以通过采购和库存单个零件来显着降低供应链的复杂性。随着业务的发展，您将获得规模经济的好处。

此外，可以“动态”配置传感器以支持各种应用和功能。这使工程师能够通过在许多设备和应用中集成相同的传感器来更快地设计他们的产品。开发周期将更短，工程师可以在整个开发阶段自由地优化他们的设计，而无需更换可能导致生产延迟的新组件。

最后，由于传感器内系统的可定制功能，整体系统性能得到了增强。如果架构正确，就像智能手机 AP 一样，传感器将确保在许多用例中达到最佳性能。这是因为传感器针对灵活的一般用途进行了优化（例如，支持多个压力范围，同时保持相同的精度水平）并且能够为某些应用打开特定功能。与 SoC 一样，系统级传感器旨在在各种应用和配置中以最大能力运行。此外，公司可以快速推出衍生产品以扩展产品线并进一步细分其产品，因为可以部署一个传感器解决方案来支持许多不同的产品。

审核编辑：郭婷