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物联网技术中传感器低功耗的理解

2010-10-13 11:06
木中君
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  在物联网无线协议栈和芯片的这个行业,发现当整个无线这块搞得可以的时候,真正的问题是在功耗的控制,无论是无线芯片这一层还是和这个无线物联相关的传感器,都集中在功耗问题,这也印证了数日前去仪器仪表展所感觉到的目前好的传感器还真少,这也是为什么整个物联网发展不起来的关键因素之一。

  无论是目前的国内传感器行业前辈昆仑海岸的明代都老爷子还是新生代,似乎都很困惑,这样一个泱泱大国却越来越少有几个像样的搞传感器研发的企业,以至于大企业看不起这类小项目,小企业没有干这行业的能力,包括采用国外敏感元件封装成变送器这类的事情,国内也没有几个做得好的,以至于这个行业似乎都成了国外好的代名词。

  退一步说,我们没有能力去搞好那些MEMS传感器基础元件研发,没有能力去搞一些新型传感器材料研发,那至少在应用层次上我们总能用这些已有的敏感元件造出像样的传感器或变送器产品,可以和老外的产品拼拼吧,结果还是令人失望。以至于师弟这个无线网络想买个高点精度级变送器或调理模块嫁接到他的无线网络中忽然发现,能够拿到的依然还是正负十几伏甚至二十几伏直流供电的传感器产品,一看功耗下了一跳,甚至几十毫安,压根也没法用在自己这个无线低功耗网络上,他的用两节电池可以工作几年的想法于是也彻底泡汤了。

  经过这几日的观察思考,功耗看来真的是未来无线物连传感器网络中的关键问题,这回不是无线芯片耗多少的问题,而恰恰是我们传感器信号调理电路的功耗问题,这个问题很多人不以为然,认为有低功耗芯片就可以,有三点问题我目前必须面对:

  一是传统的传感器变送货信号调理电路的设计经验都是由上一代老家伙所主导设计,就像明老爷子他们那代,这里没有否定老爷他们那代的意思,反而很佩服他们用的器件没有今天的高性能却能出那么好的指标。他们那代可以用正负十二伏的运放搭建出性能很好的信号调理电路,性能真很好,他们所设计的东西也都是以电压电流传输为主,整个设计功能的出发点和相关行业的制式的发展,决定了他们那一代不会在短期内去独创个传输标准。而且很多传感器变送器行业的都呈现着批量小品种多的现象,只要能够用得好没人去考虑新的功耗标准问题,尤其是在国内这种状态下没人愿意去投资搞这几十毫安而且冒风险玩,所以 OP07,LM224,TL062……一直在延续着,没人愿意改。

  二是新生代的主力设计师目前集中在三十岁以内能干活的这批,在他们当中很少能够有能力把原来明老爷子那代的设计经验,直接转化到目前以低电压低功耗MOS型运放的应用上来,这直接导致很多原来优秀的传感器变送器设计经验和低功耗挂不上边。一个不争的事实就是很多孩子还在和我说ADI还有TI的好多8个脚的MOS低功耗双运放没有信号地的笑话,更难的难点在于很多人没有认识到从正负十二伏类的供电运放到3.3V单电源运放的应用转变过程中,如何控制噪音漂移增益等因素的整体平衡,在这种条件下当然也不会有什么更好的应用结论。这只能怪我们大多数上学时模拟电路老师本身也没有这方面的实践经历,当然也不会继续传承上一代的优良传统,更别提搞个与时俱进。

  三是具备高精度AD低功耗的单片机和嵌入处理器是年轻一代的机会,仅以传感器调理部分滤波器设计为例,数字化的设计思想主导这一代年轻人的设计,大家都在拼AD精度和AD采样速度来解决传感器信号处理和变送领域里的问题,以至于很少有人愿用片外的低功耗运放搭个模拟滤波器,都想用单片机或嵌入处理器内部的软件算法诸如FIR,FFT来完成更好的滤波,甚至直接用高位数△-∑去解决分辨率等问题,这从本质讲是没有错的。

  实际也应该想想就算这个算法生效了,以单片机的运算速度完成这类工作所需要的处理时间也不短,这期间的功耗想来也是秃头上虱子----明摆的,想谈真正的低功耗也难,另外想借此达到真正的信噪比也不一定有戏。反过来说就是前端真的敢用低功耗运放搭出模拟类的滤波器,同样也要正视诸如过度过程中振荡抖动这类问题对于采样时间点数延长造成的功耗影响,这也要看你运放运用的功底有多深。实际上谁都没法否则这类电路的低功耗设计一个核心思想是在数字低功耗和模拟低功耗的和谐统一,让少有刚用在刀刃上,希望奇迹在将来发生在目前能干活的这一代。

  热点归热点,如果没有年轻一代继续加入到主流的设计思想中延续传感器设计的这行里,我们可能看到的越来越多的失望,需要真实的前扑后继。

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