智能傳感器在現(xiàn)代汽車電子中的應(yīng)用

它由兩塊芯片組成，一是具有自檢測能力的加速度計(jì)單元（微加速度傳感器），另一塊則是微傳感器與微處理器（MCU）間的接口電路和MCU。這是一種較早期（1996年前后）的，但已相當(dāng)實(shí)用的器件，可用于汽車的自動(dòng)制動(dòng)和懸掛系統(tǒng)中，并且因微加速度計(jì)具有自檢能力，還可用于安全氣囊。從此例中可以清楚看到，微傳感器的優(yōu)勢不僅是體積的縮小，更在于能方便地與集成電路組合和規(guī)模生產(chǎn)。應(yīng)該指的是，采用這種兩片的解決方案可以縮短設(shè)計(jì)周期、降低開發(fā)前期小批量試產(chǎn)的成本。但對實(shí)際應(yīng)用和市場來說，單芯片的解決方案顯然更可取，生產(chǎn)成本更低，應(yīng)用價(jià)值更高。

智能傳感器（SmartSensor）、智能執(zhí)行器和智能變送器-微傳感器（或微執(zhí)行器，或微變送器）和它的部分或全部處理器件、處理電路集成在一個(gè)芯片上的器件（例如上述的微加速度計(jì)的單芯片解決方案）。因此智能傳感器具有一定的仿生能力，如模糊邏輯運(yùn)算、主動(dòng)鑒別環(huán)境，自動(dòng)調(diào)整和補(bǔ)償適應(yīng)環(huán)境的能力，自診斷、自維護(hù)等。顯然，出于規(guī)模生產(chǎn)和降低生產(chǎn)成本的要求，智能傳感器的設(shè)計(jì)思想、材料選擇和生產(chǎn)工藝必須要盡可能地和集成電路的標(biāo)準(zhǔn)硅平面工藝一致。可以在正常工藝流程的投片前，或流程中，或工藝完成后增加一些特殊需要的工序，但也不應(yīng)太多。

在一個(gè)封裝中，把一只微機(jī)械壓力傳感器與模擬用戶接口、8位模-數(shù)轉(zhuǎn)換器（SAR）、微處理器（摩托羅拉69HC08）、存儲器和串行接口（SPI）等集成在一個(gè)芯片上。其前端的硅壓力傳感器是采用體硅微細(xì)加工技術(shù)制作的。制備硅壓力傳感器的工序既可安排在集成CMOS電路工藝流程之前，亦可在后。這種智能壓力傳感器的技術(shù)和市場都已成熟，已廣泛用于汽車（機(jī)動(dòng)車）所需的各式各樣的壓力測量和控制單元中，諸如各種氣壓計(jì)、噴嘴前集流腔壓力、廢氣排氣管、燃油、輪胎、液壓傳動(dòng)裝置等。

智能壓力傳感器的應(yīng)用很廣，不局限于汽車工業(yè)。目前，生產(chǎn)智能壓力傳感器的廠商已不少，市售商品的品種也很多，已經(jīng)出現(xiàn)激烈的競爭。結(jié)果是智能壓力傳感器體積越來越小，隨之控制單元所需的外圍接插件和分立元件越來越少，但功能和性能卻越來越強(qiáng)，而且生產(chǎn)成本降低很快（現(xiàn)在約為幾美元一只）。

順便需要說說的是，在一些中文資料中，尤其是一些產(chǎn)品宣傳性材料中，籠統(tǒng)地將SmartSensor(或device)和Intelligentsensor（或device）都稱之為智能傳感器，但在歐美文獻(xiàn)中是有所差別的。西方專家和公眾通常認(rèn)為，Smart（智能型）傳感器比Intelligent(知識型)的智慧層次和能力更高。當(dāng)然，知識型的內(nèi)涵也在不斷進(jìn)化，但那些只能簡單響應(yīng)環(huán)境變化，作一些相應(yīng)補(bǔ)償、調(diào)整工作狀態(tài)的，特別是不需要集成處理器的器件，其知識等級太低，一般不應(yīng)歸入智能器件范疇。
相信大多數(shù)讀者能經(jīng)常接觸到的，最貼近生活的智能傳感器可能要算是用于攝像頭、數(shù)碼相機(jī)、攝像機(jī)、手機(jī)攝像中的CCD圖像傳感器了。

這是一種非智能型傳感器莫屬的情況，因?yàn)镃CD陣列中每個(gè)硅單元由光轉(zhuǎn)換成的電信號極弱，必須直接和及時(shí)移位寄存、并處理轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)的圖像格式信號。還有更復(fù)雜一些的，在中、高檔長焦距（IOX）光學(xué)放大數(shù)碼相機(jī)和攝像機(jī)上裝備的電子和光學(xué)防抖系統(tǒng)，特別是高端產(chǎn)品中的真正光學(xué)防抖系統(tǒng)。它的核心是雙軸向或3軸向的微加速度計(jì)或微陀螺儀，通過它監(jiān)測機(jī)身的抖動(dòng)，并換算成鏡頭的各軸向位移量，進(jìn)而驅(qū)動(dòng)鏡頭中可變角度透鏡的移動(dòng)，使光學(xué)系統(tǒng)的折射光路保持穩(wěn)定。

微系統(tǒng)（Microsystem）和MEMS（微機(jī)電系統(tǒng)）-由微傳感器、微電子學(xué)電路（信號處理、控制電路、通信接品等）和微執(zhí)行器構(gòu)成一個(gè)三級級聯(lián)系統(tǒng)、集成在一個(gè)芯片上的器件稱之為微系統(tǒng)。如果其中擁有機(jī)械聯(lián)動(dòng)或機(jī)械執(zhí)行機(jī)構(gòu)等微機(jī)械部件的器械則稱之為MEMS。

MEMS芯片的左側(cè)給出的是制備MEMS芯片需要的基本工藝技術(shù)。它的右側(cè)則為主要應(yīng)用領(lǐng)域列舉。很明顯，MEMS的最好解決方案也是選用與硅工藝兼容的材料及物理效應(yīng)、設(shè)計(jì)理念和工藝流程，也即采用常規(guī)標(biāo)準(zhǔn)的CMOS工藝與二維、三維微細(xì)加工技術(shù)相結(jié)合的方法，其中也包括微機(jī)械結(jié)構(gòu)件的制作。

微傳感器合乎邏輯的發(fā)展延伸是智能傳感器，智能傳感器自然延伸則是微系統(tǒng)和MEMS，MEMS的進(jìn)一步發(fā)展則是能夠自主接收、分辨外界信號和指令，進(jìn)而能獨(dú)立、正確動(dòng)作的微機(jī)械（Micromachines）?，F(xiàn)在，開發(fā)成功、并已有商業(yè)產(chǎn)品的MEMS品種已不少，涵蓋圖4所示的各大領(lǐng)域。其中包括全光光通信和全光計(jì)算機(jī)的關(guān)鍵部件之一的二維、三維MEMS光開關(guān)。

通過控制芯片上的微反射鏡陣列，實(shí)現(xiàn)光輸入/輸出的交叉互聯(lián)。這是目前全光交換技術(shù)的成熟的最佳方案。市場上可買到的MEMS光開關(guān)已達(dá)1296路，開關(guān)轉(zhuǎn)換時(shí)間約為20ms。

微機(jī)械（也稱為納米機(jī)械）則尚處于開發(fā)試驗(yàn)階段，但已有許多很重要的實(shí)驗(yàn)室產(chǎn)品涌現(xiàn)，如著名的納米電機(jī)、微昆蟲、微直升機(jī)和潛水艇等。技術(shù)產(chǎn)業(yè)界普遍認(rèn)為，它們的開發(fā)成功和投入實(shí)際應(yīng)用將對工業(yè)技術(shù)和生活質(zhì)量產(chǎn)生深遠(yuǎn)的影響。