傳感器信號(hào)調(diào)理“好芯”的精益求精

　　鄭小龍?（《電子產(chǎn)品世界》編委）

　　摘?要：傳感器信號(hào)調(diào)理芯片和人體溫度芯片在汽車(chē)、工業(yè)及可穿戴設(shè)備的應(yīng)用中發(fā)揮著舉足輕重的作用。北京久好電子科技有限公司為工業(yè)及消費(fèi)類(lèi)產(chǎn)業(yè)提供高性能、高可靠性、低成本的芯片產(chǎn)品，矢志成為領(lǐng)先的國(guó)產(chǎn)傳感器核心芯片、系統(tǒng)解決方案的優(yōu)選提供商。

　　關(guān)鍵詞：傳感器；信號(hào)調(diào)理芯片；汽車(chē)級(jí)傳感；健康可穿戴；物聯(lián)網(wǎng)

　　傳感器是一個(gè)既古老，又長(zhǎng)盛不衰的行業(yè)。從工業(yè)電氣化開(kāi)始，傳感器就無(wú)處不在并且品類(lèi)繁雜，其部件組成和實(shí)現(xiàn)手段隨時(shí)代的發(fā)展而升級(jí)換代。筆者曾工作18年的美國(guó)某大型導(dǎo)體公司，其傳感和控制事業(yè)部聞名遐邇，獨(dú)立為S公司后風(fēng)光猶在。進(jìn)入物聯(lián)網(wǎng)時(shí)代，形形色色各具特色的傳感器起著感知末梢的作用，其核心就是傳感集成電路芯片。

　　1 打破國(guó)外壟斷，主攻汽車(chē)和消費(fèi)類(lèi)市場(chǎng)

　　出于對(duì)應(yīng)用于傳感器核心芯片的興趣，筆者在京拜訪了 北京久好電子科技公司，這是家成立于2014年的年輕公司，然而已經(jīng)在數(shù)模混合集成電路設(shè)計(jì)領(lǐng)域成績(jī)斐然，依靠的是清華的核心研發(fā)精英。董事長(zhǎng)劉衛(wèi)東是清華電子系85級(jí)校友，他指出久好電子主要發(fā)展方向就是物聯(lián)網(wǎng)傳感器芯片和健康可穿戴設(shè)備芯片，核心技術(shù)有3個(gè)：①擁有高速、高分辨率和低功耗，具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的模數(shù)（A/D）和數(shù)模（D/A）轉(zhuǎn)換單元。②掌握高性能低功耗混合信號(hào)集成電路設(shè)計(jì)技術(shù)，以及針對(duì)傳感器、集成電路及算法一體化軟硬件協(xié)同設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)。③對(duì)傳感器的非線性、零點(diǎn)偏差、靈敏度及溫漂的先進(jìn)補(bǔ)償算法。面向工業(yè)和消費(fèi)電子領(lǐng)域，久好電子提供傳感器相關(guān)的核心技術(shù)產(chǎn)品及完整的解決方案。

　　回顧行業(yè)的歷史，劉總感慨傳感器作為國(guó)內(nèi)重要的工業(yè)產(chǎn)品，長(zhǎng)期以來(lái)被國(guó)外公司壟斷，特別是核心芯片。改革開(kāi)放以來(lái)，國(guó)家科委開(kāi)始牽頭布局，國(guó)內(nèi)企業(yè)踴躍參與國(guó)產(chǎn)化進(jìn)程，盡管傳感核心芯片從無(wú)到有、從計(jì)劃到市場(chǎng)有所發(fā)展，但與國(guó)際先進(jìn)水平還是有很大的差距。久好電子的核心芯片均為基于原創(chuàng)設(shè)計(jì)的創(chuàng)新，憑借的是扎實(shí)的理論探討和論文研究，結(jié)合市場(chǎng)進(jìn)行基于性能需求的深入細(xì)致的理解，加之參照同行同類(lèi)產(chǎn)品的深度分析，所以達(dá)到了青出于藍(lán)而勝于藍(lán)的境界。

　　對(duì)于汽車(chē)用傳感器芯片，必須了解汽車(chē)全身遍布著眾多的壓力傳感器，其中包括剎車(chē)壓力、進(jìn)氣歧管壓力、水泵壓力、機(jī)油壓力、空調(diào)壓力、轉(zhuǎn)向壓力、供水壓力等傳感器，以及氣體壓力傳感器組等（如圖1），每一個(gè)傳感器對(duì)于汽車(chē)的安全都密切相關(guān)，因此汽車(chē)用傳感器芯片的開(kāi)發(fā)難點(diǎn)在于對(duì)極高可靠性的要求，必須符合AEQ-Q100車(chē)規(guī)標(biāo)準(zhǔn)。久好電子為此已有大量投入，并開(kāi)發(fā)4年，得到多家汽車(chē)廠商的認(rèn)可，試生產(chǎn)取得成功，大批量生產(chǎn)在即。

　　面向汽車(chē)級(jí)傳感器信號(hào)調(diào)理芯片有JHM110X，這是久好開(kāi)發(fā)出的第一代芯片，屬于針對(duì)差分電阻橋式或半橋式傳感器信號(hào)設(shè)計(jì)的高精度模數(shù)轉(zhuǎn)換器，精度可以達(dá)到14 bit。之后高端產(chǎn)品有JHM150X，模數(shù)轉(zhuǎn)換器的精度高達(dá)16 bit，并且支持電源過(guò)壓保護(hù)、極性反接保護(hù)、短路保護(hù)功能。對(duì)于高溫度穩(wěn)定性、抗腐蝕、抗過(guò)載等需求，由高分辨率陶瓷電容式JHM2102來(lái)滿(mǎn)足。

　　健康向來(lái)是人類(lèi)所追求的目標(biāo)，體溫是身體健康與否的一個(gè)重要的指標(biāo)。無(wú)論當(dāng)下抗擊新型冠狀病毒，還是之前非典型性肺炎，體溫測(cè)量都是排查最有效的方法，這就要用到體溫計(jì)，而且必須使用快速、精準(zhǔn)的電子體溫計(jì)，因此高精度溫度傳感器會(huì)有大量的需求。此外，隨著可穿戴式數(shù)字信息產(chǎn)品的潮流興起，溫度測(cè)量也成為一種重要的功能，其中包括智能手環(huán)、便攜隨身保健或運(yùn)動(dòng)跟蹤設(shè)備等（圖2）。毫無(wú)例外，對(duì)于測(cè)溫芯片的要求就是三條：測(cè)量和數(shù)據(jù)傳輸時(shí)間盡可能短；有簡(jiǎn)單的對(duì)外連接接口；便于連接多種處理器。

　　針對(duì)人體溫度測(cè)量的高精度溫度傳感器芯片有JHM3000。該芯片1次測(cè)量及數(shù)據(jù)傳輸?shù)臅r(shí)間僅需8.8 ms，只通過(guò)3個(gè)引腳與外部連接，并以單線數(shù)字通信協(xié)議輸出14bit溫度測(cè)量數(shù)據(jù)，可以很方便地連接各種單片機(jī)的GPIO，單線通信速率可達(dá)到2.5 kbps。用戶(hù)可通過(guò)簡(jiǎn)單的單個(gè)溫度點(diǎn)校正，在32~42 ℃范圍內(nèi)達(dá)到±0.1 ℃測(cè)量精度，溫度分辨率可小于0.01 ℃。而且這也是一款極低功耗的傳感芯片，溫度測(cè)量時(shí)電流消耗僅為150μA。

　　2 面對(duì)國(guó)外壟斷的應(yīng)對(duì)策略

　　在久好電子產(chǎn)品目錄上有醒目的口號(hào)“用久見(jiàn)好芯，路遙知馬力”，由此劉總談及久好電子傳感芯片市場(chǎng)推廣時(shí)的經(jīng)歷和感受。傳感器市場(chǎng)的競(jìng)爭(zhēng)是全球化的，由于歷史原因，壟斷市場(chǎng)的多為國(guó)際知名品牌廠商，如Honeywell、Bosch、ABB以及Sensata等，這些廠商基本不出傳感芯片，往往傾向于采用國(guó)外廠家的傳感芯片。例如Sensata雖在TI時(shí)用自有芯片，但獨(dú)立后就把相關(guān)傳感芯片部門(mén)并入歐洲Melexis。隨著國(guó)內(nèi)公司可以推出同類(lèi)傳感芯片，并與國(guó)際同類(lèi)產(chǎn)品性能不相上下時(shí)，價(jià)格戰(zhàn)就成為國(guó)際對(duì)手的“撒手锏”，甚至為了競(jìng)爭(zhēng)，其芯片售價(jià)低于國(guó)內(nèi)芯片成本。

　　面對(duì)挑戰(zhàn)，久好電子迎難而上，明確自己的制勝對(duì)策是全面提高性?xún)r(jià)比、穩(wěn)定性、易用性。高性?xún)r(jià)比靠的是從可制造性出發(fā)來(lái)優(yōu)化產(chǎn)品設(shè)計(jì)，并選擇頂級(jí)芯片制造廠商臺(tái)積電（TSMC）和中芯國(guó)際（SMIC）做流片，采用8英寸硅片汽車(chē)工藝進(jìn)行規(guī)?；a(chǎn)。提高穩(wěn)定性的考量上是多方面的，在支持上實(shí)行通用覆蓋，將產(chǎn)品類(lèi)型集中，并增加附加價(jià)值，同時(shí)迅速處理Bug。在制造上通過(guò)降低成本，達(dá)到以“可拋棄”取代“可維修”，不用維修解決問(wèn)題。提高易用性靠的是完整的產(chǎn)品解決方案，對(duì)此可以提供評(píng)估套件和軟件。對(duì)特定應(yīng)用也可提供集成傳感芯片和周邊器件而成為模塊，如JHM711數(shù)字高精度氣壓傳感器就是這樣的產(chǎn)品形態(tài)。

　　3 小結(jié)

　　久好電子僅用6年時(shí)間，就在國(guó)產(chǎn)傳感器芯片領(lǐng)域風(fēng)生水起，目前每年出貨量達(dá)到千萬(wàn)片級(jí)別，客戶(hù)數(shù)量近500家，其中不乏國(guó)際知名企業(yè)。俗話說(shuō)“酒好不怕巷子深”，久好的“酒好”是勇立物聯(lián)網(wǎng)的潮頭，通過(guò)精益求精來(lái)提高產(chǎn)品的性能和品質(zhì)，并以降低成本進(jìn)行普及式銷(xiāo)售。相信久好將以中國(guó)傳感之芯屹立于國(guó)際同行的強(qiáng)手之林。

　　（注：本文來(lái)源于科技期刊《電子產(chǎn)品世界》2020年第06期。）