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提升感测器精确度 MCU应用领域更形广泛
从功耗降低到精确度提升

【作者: 王岫晨】2018年02月13日 星期二

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放眼现阶段市面上多数的产品,从IoT应用到一般消费电子产品、穿戴式装置等,几??都采用了嵌入式系统,而这些嵌入式系统的核心,正是MCU。随着应用的不同,这些电子产品则藉由搭配着不同的感测器,来赋予产品不同的功能。过去,这些搭配了MCU与感测器的电子装置,只要具备了基础的运算能力与感测能力,消费者便能接受与购买。


然而到了现在,整个消费市场的氛围已经改变。随着智慧手机普及,装置的运算效能越来越高,应用范围越来越广泛,智慧手机的周边产品功能如果没有跟上智慧手机的脚步,消费者就很难买单。因此,过去那种可用就好的产品设计理念必须跟着改变,采用差强人意的MCU与感测器,已经无法让产品产生差异化。当消费者已经习惯使用某一种产品之後,它就必须要被越设计越好。而这些产品上所采用的MCU与感测器,不再只是单纯需求低功耗能力了,而是需要更进化的功能。


低功耗的MCU核心

随着ARM Cortex系列的MCU架构攻占各主流MCU厂商的产品线核心,采用这些MCU的各种电子装置已经拥有十分优异的运算与控制效能。特别是在低功耗的部分,由於这些采用MCU作为嵌入式系统核心的产品,应用领域多半都含括在IOT或者行动型与穿戴型的电子装置范畴之中,因此对於省电的要求本来就比其他装置高上许多。


ARM Cortex系列架构本身就已将功耗进行最隹化,使得采用该系列核心MCU的电子装置,在性能的发挥上都能有不俗的表现,在不同应用场合中,都能够兼具运算效能以及超低能耗等两大指标。尽管各家MCU业者都会再透过整合不同功能等方式,来达到彼此产品间的差异化,或者应对於更广泛的应用领域,但总体来说,性能都已经达到一定的水准之上。


感测器与MCU的搭配

在这些IoT与行动、穿戴行的电子装置中,除了MCU之外,另一个要角就非感测器莫属。感测器会触及到的层面包括动作感知、环境、麦克风等,由於IoT在应用上对於感测器的需求更高了,例如针对POWER与功耗的要求特别高,因此会特别需要更低功耗的感测器,来提高感测器的使用延时。然而从2017年下半年开始,这样的需求产生了很大的变化,感测器从过去对於低功耗的需求,转而变成对於准确度的更高要求。而对於准确度来说,所要求的不外??就是杂讯、稳定度、以及更小的误差值。


在IoT的应用中,准确度将会特别重要。这是因为IoT现在的趋势是在於後端的应用与过去不一样了,这主要的关键在於这些应用通常需要透过演算法来执行。过去IOT的应用概念多半着重於透过硬体来取得数据,只要取得的数据误差不要太大,都在可以接受的范围之内,然後再透过软体来处理所有的工作。


提升精确度

但现在的工程人员发现,当这些数据在软体处理完毕之後,往往需要更精确的结果。这些软体在MCU中执行的时候,由於MCU本身已经需要处理很多IOT应用情境中不同的运算工作,因此,现阶段的工程人员会希??从感测器端所传送过来的数据资料,不需耗用过多MCU的运算资源,便能将这些数据资讯最隹化。这些从感测端所接收过来的第一手数据,都期??都是准确的,而这准确的意义在於,每个动作所产生出来的数据,都能够更贴近於这个动作本身所应该表现出的数据变化。


目前这些感测器制造商,都会尽可能让感测器的性能升级。ST亚太区类比、微机电与感测元件产品行销经理陈建成便举例说明,许多厂商都正积极朝向感测器优化的方向去做努力,例如ST在感测器的制造过程与产线测试中,加入了很多道关卡,这可以让感测器在制造过程中,将讯号做更优化的处理,这不仅可让感测器不失真,更真实的呈现出讯号原本的模样之外,更能滤掉一些不需要的杂讯。


若是用拍照来当作比喻这些工法的话,就是让拍出来的照片,能跟原本的物品做到几??完全一模一样。讯号不失真之後,只要再经过类比数位转换器来转换讯号,就可以进一步让这些讯号的品质更加稳定。


满足消费大众

至於为什麽现今的感测器精准度变得如此重要呢?陈建成以现在市面上很多的计步器为例来加以说明。在过去,计步器所计算出来的距离只能当作步行距离的叁考,并非十分精确,误差范围也大。但在过去这些计步器产品刚问世的时候,消费者其实并不那麽在意这些误差的存在,加上产品价格通常也不至於过高,因此这类产品多半只被定位在趣味与辅助型的周边产品。


然而现在不同的是,许多计步器产品随着消费者的使用需求增加,再加以技术的成熟,像过去一样误差极大的计步器已经难以再满足消费者的胃囗。且近年来运动风气盛行,透过计步器来进行路径纪录的运动者越来越多,他们需要的是能够更准确纪录他们运动距离的计步器。


许多现在的计步器厂商会强调,他们的计步器计算出来的距离是很精确的,可以满足这些运动爱好者的需求。而要让计步器所计算的距离越精准的话,感测器的精确度就必须要更高,且稳定度也必须要更好才行。


至於低功耗,则是从MCU到感测器都必须要具备的基本能力。毕竟在许多的IOT或嵌入式应用中,为了提高电池的续航力,减少更换电池的频率,某些系统甚至会以十年不需更换电池这样的频率去进行产品设计,因此低功耗几??都是所有MCU与感测器的基本功能。而在低功耗的基础之上,现阶段更是加上提高精确度与稳定度来作为新的产品诉求。


结语

MCU与感测器,在应用上几??是密不可分的两种元件。特别是现今的智慧型装置,其系统多半都是MCU整合了不同功能的感测器,来为整体系统提供不同的应用能力。除了走向更低的功耗之外,精确度与稳定性更成为了现阶段厂商开发感测器产品的重要关键。随着精确度的提升,未来这些MCU搭配感测器的应用,都将更能满足使用大众那张挑剔的嘴。


刊头图(source: theengineer.com)


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