傳感器技術(shù)將開(kāi)啟下一個(gè)數(shù)字時(shí)代

　　據(jù)麥姆斯咨詢(xún)報(bào)道，數(shù)字化轉(zhuǎn)型的下一階段已經(jīng)到來(lái)，該階段利用不斷進(jìn)步的傳感器連接著數(shù)十億設(shè)備及物體來(lái)進(jìn)行數(shù)據(jù)收集和傳輸，可觸及網(wǎng)絡(luò)最邊緣。

　　新一波創(chuàng)新浪潮將數(shù)字智能化擴(kuò)展到了如個(gè)人電腦、平板電腦和智能手機(jī)等專(zhuān)用設(shè)備之外的其它領(lǐng)域。如果某設(shè)備的功耗性能優(yōu)異，它就可成為物聯(lián)網(wǎng)(IoT)或如聯(lián)網(wǎng)汽車(chē)、可穿戴技術(shù)、智能建筑及城市等任意自動(dòng)化系統(tǒng)中的智能聯(lián)網(wǎng)節(jié)點(diǎn)。

　　許多人認(rèn)為這些現(xiàn)象的本質(zhì)上就是數(shù)字化。畢竟，物聯(lián)網(wǎng)是一種網(wǎng)絡(luò)，可在云端聚集數(shù)十億的數(shù)據(jù)點(diǎn)，然后通過(guò)復(fù)雜的軟件進(jìn)行處理和分析。但這些變化的核心就是傳感器，它們是一種無(wú)處不在的器件，可測(cè)量和表征如光、熱、運(yùn)動(dòng)和聲音等物理現(xiàn)象，并將數(shù)字網(wǎng)絡(luò)中1和0表征錨定在現(xiàn)實(shí)世界。

　　盡管在硅基芯片發(fā)明之前，傳感器就以某種形式存在，但如今的傳感器為了支持?jǐn)?shù)十億新設(shè)備的擴(kuò)展，正以前所未有的速度發(fā)展著。新傳感技術(shù)正在推動(dòng)創(chuàng)新應(yīng)用，如用于消費(fèi)和移動(dòng)應(yīng)用的3D光學(xué)傳感技術(shù)、用于可靠的攝像頭自動(dòng)對(duì)焦及圖像校正的飛行時(shí)間(ToF)測(cè)量、用于“工業(yè)4.0”操控的高端機(jī)器視覺(jué)、用于醫(yī)療診斷的高分辨率成像，還有自動(dòng)調(diào)節(jié)建筑物、自動(dòng)/無(wú)人駕駛汽車(chē)，以及24小時(shí)個(gè)人健康監(jiān)測(cè)器。

　　把握整個(gè)傳感器系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)

　　隨著傳感器技術(shù)的快速發(fā)展，傳感器節(jié)點(diǎn)已遍布照明設(shè)備、服裝、食品包裝，甚至是置于人體內(nèi)部或嵌入皮膚中，但它們必須滿(mǎn)足一些具有挑戰(zhàn)性的新要求：

　　• 極其微型化

　　• 超低功耗

　　• 連接網(wǎng)絡(luò)的能力

　　• 應(yīng)用——處理信號(hào)或數(shù)據(jù)輸出

　　此外，這些下一代傳感器必須適用于包括照明、藥物傳輸、門(mén)鎖、公尺以及傳統(tǒng)電子器件在內(nèi)的所有類(lèi)型的“事物”的制造商。許多情況下，制造商尋求的不僅僅是電容、電阻或輸出電壓不同的傳感器;他們還需要采用“即插即用型”傳感器系統(tǒng)，該系統(tǒng)可以很容易地連接到網(wǎng)絡(luò)，并與處理器或如智能手機(jī)等配對(duì)的主機(jī)相連。

　　這些為數(shù)字化轉(zhuǎn)型而設(shè)計(jì)的高性能傳感器節(jié)點(diǎn)通常由三個(gè)獨(dú)立技術(shù)層組成：

　　• 核心傳感器層(core sensor layer)：核心傳感器層是對(duì)現(xiàn)實(shí)世界現(xiàn)象提供電子表征，如圖像、光學(xué)、環(huán)境或音頻等領(lǐng)域。

　　• 微型化和集成層(miniaturization and integration layer)：微型化和集成層是在硅基核心傳感技術(shù)上實(shí)現(xiàn)芯片級(jí)或模塊化(多芯片封裝)。這一層還提供將原始傳感器測(cè)量數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為線(xiàn)性信號(hào)流的算法，以供處理器使用。

　　• 系統(tǒng)技術(shù)層(system technology layer)：系統(tǒng)技術(shù)層是嵌入在可連接入公用網(wǎng)絡(luò)的傳感器中的軟件，如低功耗藍(lán)牙技術(shù)(Bluetooth Low Energy)和無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)(Wi-Fi technologies)。傳感器系統(tǒng)軟件也支持終端用戶(hù)的應(yīng)用，比如將智能腕帶中的光學(xué)傳感器信號(hào)轉(zhuǎn)換成每分鐘心跳的測(cè)量。 在下一代傳感器系統(tǒng)中，每個(gè)技術(shù)層都包括硬件和軟件，并封裝在一體后向終端產(chǎn)品制造商提供。這些微型的聯(lián)網(wǎng)傳感器很容易集成到應(yīng)用中，因此對(duì)于這些器件的持續(xù)擴(kuò)展至關(guān)重要。

　　打破性能界限

　　數(shù)字化轉(zhuǎn)型不僅僅是將更多傳感器嵌入更多類(lèi)型設(shè)備的問(wèn)題。此外，由于如ams等傳感器制造商正在打破傳感器性能的界限，數(shù)字化轉(zhuǎn)型也一直在進(jìn)行。這些突破可使產(chǎn)品制造商顯著改善用戶(hù)體驗(yàn)，甚至創(chuàng)造全新且從前不可能實(shí)現(xiàn)的體驗(yàn)。

　　以下是一些新應(yīng)用中使用傳感器引起革命性變化的案例：

　　新型XYZ顏色傳感器芯片(New XYZ color sensor chips)：

　　手機(jī)、平板電腦和筆記本電腦等擁有新型XYZ顏色傳感器芯片可“看到”光的顏色，模仿人眼對(duì)紅、綠、藍(lán)“三色”光受體的響應(yīng)曲線(xiàn)，與人眼完全相同。憑借顏色傳感器芯片，新一代紙屏幕比現(xiàn)有移動(dòng)設(shè)備顯示器的外觀(guān)更自然，是很可能實(shí)現(xiàn)的。除這些顏色傳感器外，超高靈敏度的接近(紅外線(xiàn))傳感器可實(shí)現(xiàn)顯示屏前表面無(wú)縫隙制造。

　　多光譜和超高光譜傳感器集成電路(Multi-spectral and hyper-spectral sensor ICs)：

　　多光譜和超高光譜傳感器集成電路是一種實(shí)驗(yàn)室級(jí)的芯片級(jí)光譜測(cè)量?jī)x。借助它們，有望首次出現(xiàn)準(zhǔn)確的食品顏色檢測(cè)及質(zhì)量分析。憑借光譜傳感器芯片，移動(dòng)設(shè)備的顏色分析功能還將改變工廠(chǎng)和醫(yī)院的檢測(cè)和質(zhì)量分析流程。CMOS圖像傳感器也在包括機(jī)器視覺(jué)在內(nèi)的工業(yè)應(yīng)用中發(fā)現(xiàn)了重要用途。

　　有源噪聲消除技術(shù)(Active noise cancellation，ANC)：

　　有源噪聲消除技術(shù)(ANC)正在帶有集成傳感器/放大器解決方案的創(chuàng)新型音頻頭戴式耳機(jī)設(shè)計(jì)中采用。頭戴式耳機(jī)制造商首次在內(nèi)耳式耳機(jī)和無(wú)線(xiàn)耳機(jī)中采用ANC，這要?dú)w功于ANC器件小尺寸和低功耗的特性。

　　芯片級(jí)3D成像系統(tǒng)(3D imaging systems-on-a-chip)：

　　芯片級(jí)3D成像系統(tǒng)承諾將改變虛擬現(xiàn)實(shí)(VR)和增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)(AR)的應(yīng)用，同時(shí)還可大幅提升手勢(shì)感知、人臉掃描和3D建模。而新型解決方案利用了激光器設(shè)計(jì)、光學(xué)封裝和結(jié)構(gòu)光感知等方面的創(chuàng)新技術(shù)。

　　可持續(xù)發(fā)展及環(huán)境(Sustainability and the environment)：

　　從為測(cè)量而生的超精確流量傳感器，到室內(nèi)空氣質(zhì)量監(jiān)測(cè)的芯片級(jí)氣體傳感器，再到用于新型高效電動(dòng)機(jī)的高分辨率角位置傳感器，可持續(xù)發(fā)展及環(huán)境已成為先進(jìn)傳感技術(shù)的重要應(yīng)用。

　　醫(yī)療診斷和監(jiān)測(cè)(Medical diagnostics and monitoring)：

　　醫(yī)療診斷和監(jiān)測(cè)是通過(guò)超精確數(shù)字成像設(shè)備在醫(yī)院進(jìn)行計(jì)算機(jī)斷層掃描，并通過(guò)芯片級(jí)微型光學(xué)傳感系統(tǒng)測(cè)量心率和血氧水平，該芯片小到足以嵌入健康腕帶中。

　　傳感器——數(shù)字化轉(zhuǎn)型的核心

　　在個(gè)人電腦(PC)時(shí)代，電子產(chǎn)品的主要?jiǎng)?chuàng)新很大程度上是依靠數(shù)字和圖形處理技術(shù)的進(jìn)步推動(dòng)的。不過(guò)，如今傳感器系統(tǒng)至少對(duì)于支持現(xiàn)有產(chǎn)品類(lèi)型、改善用戶(hù)體驗(yàn)，甚至是全新設(shè)備類(lèi)型等新用例方面非常重要。

　　僅在最近，以下情況才有可能發(fā)生：將心臟監(jiān)測(cè)器置于可7天24小時(shí)佩戴的腕帶中，小型手持設(shè)備對(duì)顏色的分析比人敏感60倍，以及小到可塞進(jìn)耳朵的設(shè)備可提供環(huán)境噪聲消除功能。所有這些突破均是傳感器技術(shù)新發(fā)展的結(jié)果。

　　那么，接下來(lái)會(huì)發(fā)生什么呢?下一階段的發(fā)展將涉及通過(guò)研發(fā)新型核心傳感技術(shù)，開(kāi)發(fā)出能解析傳感器數(shù)據(jù)的算法，以及原始設(shè)備制造商(OEMs)在終端產(chǎn)品中輕松使用的“即插即用型”傳感器系統(tǒng)技術(shù)，通過(guò)完善的傳感器解決方案來(lái)實(shí)現(xiàn)世界數(shù)字化。如今，數(shù)字化轉(zhuǎn)型剛剛開(kāi)始，傳感器正成為下一代數(shù)字變革浪潮的中心。