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传感器信号调理“好芯”的精益求精

木马童年 2020-6-9 13:55 103 0

  郑小龙(《电子产品世界》编委)  摘要:传感器信号调理芯片和人体温度芯片在汽车、工业及可穿戴设备的应用中发挥着举足轻重的作用。北京久好电子科技有限公司为工业及消费类产业提供高性能、高可靠性、低成本 ...

  郑小龙(《电子产品世界》编委)

  摘要:传感器信号调理芯片和人体温度芯片在汽车、工业及可穿戴设备的应用中发挥着举足轻重的作用。北京久好电子科技有限公司为工业及消费类产业提供高性能、高可靠性、低成本的芯片产品,矢志成为领先的国产传感器核心芯片、系统解决方案的优选提供商。

  关键词:传感器信号调理芯片汽车级传感健康可穿戴物联网

  传感器是一个既古老,又长盛不衰的行业。从工业电气化开始,传感器就无处不在并且品类繁杂,其部件组成和实现手段随时代的发展而升级换代。笔者曾工作18年的美国某大型导体公司,其传感和控制事业部闻名遐迩,独立为S公司后风光犹在。进入物联网时代,形形色色各具特色的传感器起着感知末梢的作用,其核心就是传感集成电路芯片。

传感器信号调理“好芯”的精益求精

  1 打破国外垄断,主攻汽车和消费类市场

  出于对应用于传感器核心芯片的兴趣,笔者在京拜访了 北京久好电子科技公司,这是家成立于2014年的年轻公司,然而已经在数模混合集成电路设计领域成绩斐然,依靠的是清华的核心研发精英。董事长刘卫东是清华电子系85级校友,他指出久好电子主要发展方向就是物联网传感器芯片和健康可穿戴设备芯片,核心技术有3个:①拥有高速、高分辨率和低功耗,具有自主知识产权的模数(A/D)和数模(D/A)转换单元。②掌握高性能低功耗混合信号集成电路设计技术,以及针对传感器、集成电路及算法一体化软硬件协同设计经验。③对传感器的非线性、零点偏差、灵敏度及温漂的先进补偿算法。面向工业和消费电子领域,久好电子提供传感器相关的核心技术产品及完整的解决方案。

  回顾行业的历史,刘总感慨传感器作为国内重要的工业产品,长期以来被国外公司垄断,特别是核心芯片。改革开放以来,国家科委开始牵头布局,国内企业踊跃参与国产化进程,尽管传感核心芯片从无到有、从计划到市场有所发展,但与国际先进水平还是有很大的差距。久好电子的核心芯片均为基于原创设计的创新,凭借的是扎实的理论探讨和论文研究,结合市场进行基于性能需求的深入细致的理解,加之参照同行同类产品的深度分析,所以达到了青出于蓝而胜于蓝的境界。

  对于汽车用传感器芯片,必须了解汽车全身遍布着众多的压力传感器,其中包括刹车压力、进气歧管压力、水泵压力、机油压力、空调压力、转向压力、供水压力等传感器,以及气体压力传感器组等(如图1),每一个传感器对于汽车的安全都密切相关,因此汽车用传感器芯片的开发难点在于对极高可靠性的要求,必须符合AEQ-Q100车规标准。久好电子为此已有大量投入,并开发4年,得到多家汽车厂商的认可,试生产取得成功,大批量生产在即。

传感器信号调理“好芯”的精益求精

  面向汽车级传感信号调理芯片有JHM110X,这是久好开发出的第一代芯片,属于针对差分电阻桥式或半桥式传感器信号设计的高精度模数转换器,精度可以达到14 bit。之后高端产品有JHM150X,模数转换器的精度高达16 bit,并且支持电源过压保护、极性反接保护、短路保护功能。对于高温度稳定性、抗腐蚀、抗过载等需求,由高分辨率陶瓷电容式JHM2102来满足。

  健康向来是人类所追求的目标,体温是身体健康与否的一个重要的指标。无论当下抗击新型冠状病毒,还是之前非典型性肺炎,体温测量都是排查最有效的方法,这就要用到体温计,而且必须使用快速、精准的电子体温计,因此高精度温度传感器会有大量的需求。此外,随着可穿戴式数字信息产品的潮流兴起,温度测量也成为一种重要的功能,其中包括智能手环、便携随身保健或运动跟踪设备等(图2)。毫无例外,对于测温芯片的要求就是三条:测量和数据传输时间尽可能短;有简单的对外连接接口;便于连接多种处理器。

传感器信号调理“好芯”的精益求精

  针对人体温度测量的高精度温度传感器芯片有JHM3000。该芯片1次测量及数据传输的时间仅需8.8 ms,只通过3个引脚与外部连接,并以单线数字通信协议输出14bit温度测量数据,可以很方便地连接各种单片机的GPIO,单线通信速率可达到2.5 kbps。用户可通过简单的单个温度点校正,在32~42 ℃范围内达到±0.1 ℃测量精度,温度分辨率可小于0.01 ℃。而且这也是一款极低功耗的传感芯片,温度测量时电流消耗仅为150A。

  2 面对国外垄断的应对策略

  在久好电子产品目录上有醒目的口号“用久见好芯,路遥知马力”,由此刘总谈及久好电子传感芯片市场推广时的经历和感受。传感器市场的竞争是全球化的,由于历史原因,垄断市场的多为国际知名品牌厂商,如Honeywell、Bosch、ABB以及Sensata等,这些厂商基本不出传感芯片,往往倾向于采用国外厂家的传感芯片。例如Sensata虽在TI时用自有芯片,但独立后就把相关传感芯片部门并入欧洲Melexis。随着国内公司可以推出同类传感芯片,并与国际同类产品性能不相上下时,价格战就成为国际对手的“撒手锏”,甚至为了竞争,其芯片售价低于国内芯片成本。

  面对挑战,久好电子迎难而上,明确自己的制胜对策是全面提高性价比、稳定性、易用性。高性价比靠的是从可制造性出发来优化产品设计,并选择顶级芯片制造厂商台积电(TSMC)和中芯国际(SMIC)做流片,采用8英寸硅片汽车工艺进行规模化生产。提高稳定性的考量上是多方面的,在支持上实行通用覆盖,将产品类型集中,并增加附加价值,同时迅速处理Bug。在制造上通过降低成本,达到以“可抛弃”取代“可维修”,不用维修解决问题。提高易用性靠的是完整的产品解决方案,对此可以提供评估套件和软件。对特定应用也可提供集成传感芯片和周边器件而成为模块,如JHM711数字高精度气压传感器就是这样的产品形态。

  3 小结

  久好电子仅用6年时间,就在国产传感器芯片领域风生水起,目前每年出货量达到千万片级别,客户数量近500家,其中不乏国际知名企业。俗话说“酒好不怕巷子深”,久好的“酒好”是勇立物联网的潮头,通过精益求精来提高产品的性能和品质,并以降低成本进行普及式销售。相信久好将以中国传感之芯屹立于国际同行的强手之林。

  (注:本文来源于科技期刊《电子产品世界》2020年第06期。)

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