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安森美供稿 安森美半導體最近收購了Fairchild半導體，為客戶(hù)帶來(lái)50年的汽車(chē)行業(yè)經(jīng)驗，是全球第二大非微控制器的汽車(chē)半導體供應商，提供包括用于自動(dòng)駕駛和汽車(chē)功能電子化的全面方案。在汽車(chē)快速向智能化邁進(jìn)的進(jìn)程中，傳感器尤為關(guān)鍵。在這一趨勢下，安森美半導體推出世界上首款無(wú)源、無(wú)需額外單片機控制的智能傳感器，基于RFID協(xié)議，單芯片集成能量收發(fā)功能，可檢測溫度、濕度、壓力和距離，開(kāi)創(chuàng )傳感器應用的新格局。 智能無(wú)源傳感器的功能模塊及工作原理 智能無(wú)源傳感器包括三個(gè)功能模塊：天線(xiàn)模塊，基于Magnus IC的傳感器模塊，電源、單片機、處理模塊，如圖1所示。天線(xiàn)模塊基于UHF工業(yè)標準第二版協(xié)議進(jìn)行無(wú)線(xiàn)通信，并收集能量供內部處理單元使用。電源、單片機、處理模塊兼容RFID生態(tài)系統部件，可用標準的RFID閱讀器進(jìn)行讀取等工作�；贛agus IC(業(yè)界首款無(wú)源RFID傳感器芯片)的傳感器模塊，可調整的前端自動(dòng)調諧模塊可通過(guò)內部電路感知阻抗變化檢測環(huán)境狀態(tài)，如濕度或壓力，每個(gè)智能傳感器都有一個(gè)獨立的溫度傳感器來(lái)讀取溫度信息，芯片通過(guò)無(wú)線(xiàn)信號強度來(lái)檢測距離/運動(dòng)/狀態(tài)，每個(gè)智能傳感器內部存儲保存獨一無(wú)二的ID用于進(jìn)行身份識別。最終檢測精度取決于UHF RFID工作頻率范圍內的過(guò)采樣頻率。 
圖1：智能無(wú)源傳感器功能框圖 智能無(wú)源傳感器基于RFID協(xié)議，傳輸頻率范圍為860至960 MHz。首先，RFID閱讀器發(fā)送讀取命令，同時(shí)為RFID傳感器充電，當RFID芯片被充電后開(kāi)始工作，讀取相關(guān)的傳感器信息，并通過(guò)天線(xiàn)反饋至RFID閱讀器。 智能無(wú)源傳感器的優(yōu)勢 相較現有傳感器，智能無(wú)源傳感器有諸多優(yōu)勢：現有傳感器需在每個(gè)PCB上放置檢測傳感器、電源、控制及通信芯片、單片機等，因而體積尺寸大，成本高，需要維護；而智能無(wú)源傳感器的每個(gè)節點(diǎn)為被動(dòng)發(fā)現智能標簽電源，單片機及數據處理都放在獨立的閱讀器上，無(wú)需電池，尺寸小，像膠帶一樣薄，每個(gè)閱讀器可支持多個(gè)標簽，因而成本低，無(wú)需維護。 雖然UHF RFID輔助電子標簽也是無(wú)源標簽，節點(diǎn)無(wú)需電池，通過(guò)TID碼和電子標簽代碼(EPC)實(shí)現獨一無(wú)二的ID，但被工作吸附材料表面反射會(huì )降低有效讀取距離 ，且無(wú)傳感器功能；智能無(wú)源傳感器無(wú)工作吸附材料表面反射，從而升級有效讀取距離，且集成濕度、壓力、距離和溫度檢測等傳感器功能。 智能無(wú)源傳感器應用實(shí)例 一個(gè)智能無(wú)源傳感器閱讀器可讀取上千個(gè)傳感信息，所以在車(chē)上僅需要一個(gè)閱讀器配以多個(gè)天線(xiàn)就可滿(mǎn)足很多傳感需求，如液位檢測、胎壓監測(TPMS)、溫度檢測、座椅檢測、雨刮、室內空氣及前大燈濕度/漏液檢測等。
圖2：一個(gè)閱讀器滿(mǎn)足無(wú)限車(chē)載傳感器應用需求 1. 座椅檢測 座椅檢測是通過(guò)傳感器來(lái)實(shí)現保障乘員安全的系統。常用的座椅檢測系統基于重量或壓力進(jìn)行判斷，任何物體如一袋食品雜貨，也會(huì )觸發(fā)安全帶警告，誤判率比較高。 安森美半導體新推出的智能無(wú)源傳感器方案中，無(wú)線(xiàn)傳感器標簽被嵌入座椅內(濕度傳感器標簽嵌入椅背，壓力傳感器標簽嵌入座墊) 。濕度標簽通過(guò)人體檢測元素可確定座椅上是否有人，消除物品觸發(fā)安全帶警示的麻煩，提升可靠性；壓力標簽通過(guò)體重檢測確定乘客的體型大小，并可將乘員坐姿反饋至智能安全氣囊控制單元以?xún)?yōu)化氣囊釋放角度來(lái)增強安全性。該方案可檢測車(chē)內剩余座位數，可擴展到對后排座椅和兒童安全座椅的檢測，并且多個(gè)座椅共用一個(gè)控制單元（閱讀器）進(jìn)行控制，嵌入式無(wú)源濕度傳感器無(wú)需任何線(xiàn)束和接插件。
圖3：座椅檢測 傳統方案(左) vs.智能無(wú)源方案(右) 2. 液位檢測 汽車(chē)液位檢測包括對燃油箱油量、機油液位、制動(dòng)液液位及酸性液體液位等的檢測。市場(chǎng)上當前的汽車(chē)液位檢測系統需要連接電線(xiàn)到水槽內部。 而安森美半導體的智能無(wú)源傳感器可使水槽中沒(méi)有任何引線(xiàn)及電氣問(wèn)題：用流體的介電常數進(jìn)行液位檢測，可以檢測多種液體包括水、煤氣、汽油、機油、溶劑酸等等 ，貼合式的濕度傳感器放置在水槽的外部，傳感器標簽最長(cháng)不超過(guò)4英寸，長(cháng)距離測量可使用多個(gè)標簽，通過(guò)檢測連通管道可實(shí)現精確測量，兩個(gè)傳感器分別安裝在上端和下端，通過(guò)介電常數的變化進(jìn)行檢測（例如氣體混合物）。
圖4：液位檢測 市場(chǎng)當前方案(左) vs. 智能無(wú)源傳感器方案(右) 3. 雨量傳感器 - 自動(dòng)雨刮啟動(dòng)控制 當前汽車(chē)使用的雨刮控制系統基于陽(yáng)光折射，易受干擾而觸發(fā)誤動(dòng)作。而創(chuàng )新的智能無(wú)源傳感器使用濕度檢測，可覆蓋擋風(fēng)玻璃更寬的區域 ，可將多個(gè)濕度傳感器標簽貼于擋風(fēng)玻璃上不同位置，檢測擋風(fēng)玻璃上高介電常數的水，擋風(fēng)玻璃上傳感器的數量可以通過(guò)標定確定，光感可以不同的傳感器進(jìn)行檢測。下一代產(chǎn)品可將天線(xiàn)內嵌到玻璃內部進(jìn)行安裝，利用兩腳之間的傳感器引擎檢測電阻抗變化，實(shí)現僅需一個(gè)傳感器的智能雨刮控制。
圖5：智能雨刮 4. 區域無(wú)線(xiàn)溫度監控 當用于區域無(wú)線(xiàn)溫度監控時(shí)，現有的溫度傳感器都是有引線(xiàn)的、有源的，且安裝位置受限制。創(chuàng )新的智能無(wú)源傳感器能用于多個(gè)區域無(wú)線(xiàn)溫度監控，唯一的RFID識別碼支持自動(dòng)識別，閱讀器與車(chē)內網(wǎng)關(guān)相連，自動(dòng)空調系統可實(shí)時(shí)讀取數據進(jìn)行自動(dòng)高精度控制，內建 -40 ℃ 至 +85 ℃ (+/- 1 ℃精度) 測量范圍，下一代產(chǎn)品將支持125℃以上的溫度。 5. 胎壓監測系統 胎壓監測系統用作實(shí)時(shí)自動(dòng)監測行車(chē)過(guò)程中的輪胎氣壓，在出現胎壓不足或過(guò)高的危險征兆時(shí)及時(shí)報警，提升行車(chē)安全性和燃油經(jīng)濟性，延長(cháng)輪胎使用時(shí)間，減少懸掛系統的磨損。市場(chǎng)上當前用于胎壓監測系統的多芯片傳感器，被安裝在每一輪圈和閥桿，使用電池供電，功耗高于250 uW，需要加速計以避免輪胎未移動(dòng)時(shí)將電池耗盡，在輪胎旋轉期間需重新編程以定位，成本高于30美元。 而安森美半導體的智能無(wú)源傳感器是單芯片方案，無(wú)需電池和加速度傳感器，單個(gè)傳感器模塊功耗低于15 uW，因而無(wú)論當輪胎旋轉還是靜止時(shí)都可檢測輪胎壓力和溫度信息。智能無(wú)源傳感器標簽置于每一輪胎，唯一的RFID識別碼支持自動(dòng)輪胎定位，軟件無(wú)需重新編程。
圖6：智能無(wú)源傳感器用于胎壓監測系統 6. 汽車(chē)下線(xiàn)漏液檢測 車(chē)廠(chǎng)在汽車(chē)出廠(chǎng)前會(huì )對其進(jìn)行高壓浸水測試：關(guān)閉汽車(chē)門(mén)窗后，從不同角度對汽車(chē)進(jìn)行高壓噴水，以測試汽車(chē)的密封性能及底盤(pán)是否滲水。當前市面上的方案多采用人工探測的方式，耗時(shí)長(cháng)且容易出錯，一旦檢測出漏液，必須將汽車(chē)拆卸至底盤(pán)以作修復。 安森美半導體的智能無(wú)源傳感器用于此類(lèi)應用時(shí)，典型的配置包含六到十多個(gè)傳感器，每個(gè)位置分配唯一的EPC，根據車(chē)輛大小和整車(chē)廠(chǎng)的具體需求，放置在特定的檢測位置或水流匯合點(diǎn)進(jìn)行漏液檢測，工廠(chǎng)工人只需手持閱讀器繞車(chē)查詢(xún)傳感器標簽，無(wú)需人工探測。 合規性、安全性和EMI性能 安森美半導體在不同的場(chǎng)合/配置用閱讀器、天線(xiàn)和9個(gè)傳感器標簽基于 CISPR-25 Class 3 進(jìn)行測試，通過(guò)了外部區域傳輸測試，且在射頻傳輸頻率范圍860至960 MHz的最大發(fā)射功率為33 dBm(約2 W)，遵從FCC Part 15和FCC 47CFR2:0ET(<1 W)，EMC符合CISPR-25 Class 3規范，RFID 區域頻段不會(huì )交叉干擾其它頻段。 由于智能無(wú)源傳感器本身沒(méi)有內部能源，它通過(guò)RF反射傳輸，所以沒(méi)有安全隱憂(yōu)。閱讀器方面，由于其工作在UHF RFID 頻段860-960MHz，符合國際協(xié)議 ISO/IEC 18000-6C 標準，這一頻段處于電磁波譜的低端，比車(chē)載音響的輻射危害更低，而系統最大輸出功率 2 W (33 dbM) 和一臺手機的發(fā)射功率一樣大，因此沒(méi)有任何安全和健康風(fēng)險。 可訂購的產(chǎn)品及套件 目前，安森美半導體可提供如下型號的智能無(wú)源傳感器樣品，和基于A(yíng)MS RFID IC + 8位單片機+CAN收發(fā)器的閱讀器參考設計、3至6 dBi UHF 接收天線(xiàn)參考設計，以及系統有效讀取距離仿真模型、天線(xiàn)放置位置優(yōu)化建議、開(kāi)源示例代碼和基本/高級功能開(kāi)發(fā)套件。 表1：可訂購的智能無(wú)源傳感器
結語(yǔ) 作為全球第二大非微控制器的汽車(chē)半導體供應商，傳承50年的汽車(chē)半導體經(jīng)驗，安森美半導體持續推動(dòng)汽車(chē)領(lǐng)域的高能效創(chuàng )新，公司近期推出的智能無(wú)源傳感器是世界上首款無(wú)源、無(wú)需額外單片機控制的智能傳感器，單芯片、無(wú)控制器傳感功能提升汽車(chē)智能水平，無(wú)源無(wú)線(xiàn)特性減少車(chē)內線(xiàn)束。芯片內部集成專(zhuān)用數據處理內核及溫度、濕度、壓力、距離等傳感器，其無(wú)需電池、超薄、超小體積、低成本的特性使其可用于難于接觸的位置、空間受限的應用及需要多種傳感器功能的場(chǎng)合，如座椅檢測、液位檢測、雨刮、胎壓監測、整車(chē)漏液檢測等，其靈活的安裝位置及可定制的尺寸及功能設計助力智能汽車(chē)的發(fā)展。 |
