通過(guò)低功耗、高度集成的MCU和傳感器滿(mǎn)足現(xiàn)代傳感應(yīng)用的需求

隨著物聯(lián)網(wǎng)（IoT）的發(fā)展，傳感器在商業(yè)和工業(yè)環(huán)境中激增。這些傳感器的多樣化應(yīng)用通常只允許使用傳感器設(shè)備進(jìn)行低功耗操作，并且可以由低成本的可再生能源、能量收集系統(tǒng)或電池供電。此外，這一新一波智能應(yīng)用要求傳感器幾乎適用于所有具有獨(dú)特電源和通信要求的環(huán)境。Microchip構(gòu)建了全面的微控制器（MCU）產(chǎn)品組合，具有精密集成模擬功能、多種接口和通信選項(xiàng)、業(yè)界領(lǐng)先的低功耗操作，以及與現(xiàn)代MCU兼容的廣泛傳感器解決方案系列。

預(yù)測(cè)物聯(lián)網(wǎng)

的需求 有幾種預(yù)測(cè)表明，到 2025 年，物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備的數(shù)量將從 200 多億臺(tái)增加到近 800 億臺(tái)［1］。其中許多物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備都有一個(gè)或多個(gè)傳感器，并且還有大量傳感器設(shè)備未連接到互聯(lián)網(wǎng)。物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備的主要作用之一是獲取、分析和報(bào)告有關(guān)周?chē)h(huán)境的傳感器數(shù)據(jù)。這是通過(guò)傳感器和MCU實(shí)現(xiàn)的數(shù)字化、處理和處理傳感器數(shù)據(jù)的通信。

傳感器的現(xiàn)代使用與過(guò)去不同，過(guò)去傳感器記錄儀可能僅在閾值時(shí)刻或長(zhǎng)時(shí)間獲取數(shù)據(jù)時(shí)進(jìn)行報(bào)告。當(dāng)今的傳感器連續(xù)、高速地捕獲數(shù)據(jù)，同時(shí)將傳感器數(shù)據(jù)傳送到支持各種應(yīng)用程序的大型云服務(wù)器，這種情況并不少見(jiàn)。現(xiàn)在，分布在整個(gè)環(huán)境中的傳感器密度和種類(lèi)也遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)幾年前的傳感器設(shè)備數(shù)量。

因此，傳感器的現(xiàn)代要求涉及前幾代傳感器設(shè)計(jì)人員沒(méi)有面臨的挑戰(zhàn)。此外，這些挑戰(zhàn)需要高度集成的MCU解決方案來(lái)提供功耗、性能和精選功能。

現(xiàn)代傳感器挑戰(zhàn)

傳感器應(yīng)用的一些最重要的問(wèn)題是在優(yōu)化性能的同時(shí)滿(mǎn)足低功耗要求。通常，功率和性能是成正比的，為了獲得更高的性能，需要更多的功率。對(duì)于許多使用少量交流、直流、可再生能源或電池供電的傳感器應(yīng)用來(lái)說(shuō)，這是一個(gè)挑戰(zhàn)。在可再生能源和電池供電的情況下，延長(zhǎng)電池壽命，同時(shí)仍滿(mǎn)足所有傳感器、處理和通信要求至關(guān)重要。通常，更換電池供電的傳感器或?yàn)槠涑潆姷某杀究赡艹^(guò)僅更換傳感器單元的成本，這使得超低功耗傳感器設(shè)備對(duì)物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用極具吸引力。

分布在整個(gè)環(huán)境中的傳感器數(shù)量的另一個(gè)挑戰(zhàn)是為物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備啟用通信連接或互聯(lián)網(wǎng)連接。對(duì)于許多應(yīng)用來(lái)說(shuō)，將硬線(xiàn)以太網(wǎng)或數(shù)據(jù)電纜連接到分布在整個(gè)環(huán)境中的大量傳感器可能成本高昂，甚至不可行。但是，某些高帶寬傳感器應(yīng)用可能會(huì)了解硬線(xiàn)數(shù)據(jù)線(xiàn)的安全性、彈性和速度，例如安全視頻和傳感器。因此，包括有線(xiàn)和/或無(wú)線(xiàn)功能的傳感器連接選項(xiàng)對(duì)于有效部署傳感器系統(tǒng)至關(guān)重要。

傳感器協(xié)同利用云服務(wù)有很多機(jī)會(huì)和好處，通過(guò)在數(shù)據(jù)分析過(guò)程中使用機(jī)器學(xué)習(xí)和算法智能地提升傳感器數(shù)據(jù)的價(jià)值。為分布式傳感器啟用云功能需要復(fù)雜的連接和軟件平臺(tái)。它還打開(kāi)了各種安全問(wèn)題，超出了通常與連接傳感器相關(guān)的安全問(wèn)題。隨著系統(tǒng)變得更加自動(dòng)化并依賴(lài)于連接的傳感器數(shù)據(jù)，篡改、欺騙、劫持或以其他方式入侵連接的傳感器設(shè)備的危險(xiǎn)也越來(lái)越受到關(guān)注。某些應(yīng)用可能需要安全通信以及對(duì)傳感器數(shù)據(jù)的安全保護(hù)，這加劇了制定適當(dāng)安全措施的挑戰(zhàn)。

在極端溫度和其他惡劣條件下，確保環(huán)境穩(wěn)定性和校準(zhǔn)傳感器數(shù)據(jù)是一個(gè)由來(lái)已久的困難。此外，許多MCU、傳感器和數(shù)據(jù)處理、通信電路和外圍設(shè)備并非設(shè)計(jì)用于在極端環(huán)境中運(yùn)行。如果沒(méi)有較寬的工作溫度范圍，來(lái)自所連接傳感器的信息可能會(huì)失去準(zhǔn)確性并最終變得無(wú)法使用。除非傳感器、處理和通信中的每個(gè)組件和電路都能夠在整個(gè)環(huán)境要求下簡(jiǎn)化操作。

高效 MCU 和豐富的選項(xiàng)如何支持傳感器應(yīng)用 滿(mǎn)足上一節(jié)中列出的挑戰(zhàn)，同時(shí)保持較低的 MCU 和傳感器成本和較小的傳感器尺寸，從而減輕了傳感器應(yīng)用

設(shè)計(jì)人員和開(kāi)發(fā)人員的負(fù)擔(dān)。Microchip設(shè)計(jì)了多個(gè)MCU系列以及各種傳感器、開(kāi)發(fā)板和工具，以應(yīng)對(duì)這些挑戰(zhàn)。Microchip MCU內(nèi)置的功能非常適合傳感器應(yīng)用，包括：

? 超低功耗（XLP）操作

? 智能片上外設(shè)? 使用加密引擎和密鑰存儲(chǔ)

實(shí)現(xiàn)安全數(shù)據(jù)傳輸 ? 高度集成的模擬外設(shè)

? 兼容通常用于傳感器通信

的現(xiàn)代模擬和數(shù)字信號(hào)超低功耗運(yùn)行和獨(dú)立于內(nèi)核的外設(shè)延長(zhǎng)電池壽命 Microchip認(rèn)識(shí)到需要延長(zhǎng)電池壽命

，因此通過(guò)幾個(gè)稱(chēng)為超低功耗（XLP）規(guī)范的內(nèi)部標(biāo)準(zhǔn)，進(jìn)一步發(fā)展了其MCU的低功耗功能。內(nèi)部 XLP 規(guī)范具有低睡眠和低功耗的特點(diǎn)。其中包括低至 9 nA 的休眠電流、低至 300 nA 的實(shí)時(shí)時(shí)鐘和低至 200 nA 的看門(mén)狗定時(shí)器 （WDT）。XLP MCU 還提供節(jié)能功能，例如 Vdd 損耗自動(dòng)切換、實(shí)時(shí)時(shí)鐘/日歷 （RTCC） 以及從 1.8V 至 3.6V 備用電源單獨(dú)供電的能力。

XLP MCU產(chǎn)品組合也足夠龐大，可以提供滿(mǎn)足許多低功耗應(yīng)用需求的性能和功能。這些MC我們的產(chǎn)品范圍從 8 到 121 引腳、4 KB 到 1 MB 閃存以及多種封裝尺寸和類(lèi)型。它們還設(shè)計(jì)有源模式電流低至 30 μA/MHz，以及具有超過(guò) 90% 單周期指令的高效指令集。其中許多 MCU 采用 QFN、uQFN 和芯片級(jí)封裝，占用空間更小，適用于空間受限的設(shè)計(jì)。

此外，一些Microchip MCU配備了獨(dú)立于內(nèi)核的外設(shè)（CIP），允許這些外設(shè)無(wú)需打開(kāi)或運(yùn)行主MCU內(nèi)核即可運(yùn)行。CIP 與其他高度集成的外設(shè)一起減少了能耗并縮短了開(kāi)發(fā)時(shí)間。XLP MCU CIP 包括運(yùn)算放大器、LCD 驅(qū)動(dòng)器、USB、電容式觸摸傳感、DMA 和加密模塊。因此，這些MCU在外設(shè)正常運(yùn)行期間使用的處理能力要少得多，并進(jìn)一步擴(kuò)展了低功耗操作。

連接多樣性有利于傳感器

許多 8 位和 16 位 MCU 的模擬和數(shù)字通信能力受到限制。這嚴(yán)重阻礙了傳感器的發(fā)展，因?yàn)楦鞣N類(lèi)型的傳感器提出了不同的接口和通信要求。例如，一些現(xiàn)代加速度計(jì)可能需要多個(gè)數(shù)字信號(hào)通道或快速串行接口，而舊式運(yùn)動(dòng)檢測(cè)傳感器可能需要精確的模擬轉(zhuǎn)換和比較。因此，Microchip MCU通常包括多種類(lèi)型的集成模數(shù)轉(zhuǎn)換器（ADC）、運(yùn)算放大器（op-amp）、模擬比較器和數(shù)模轉(zhuǎn)換器（DAC），以增強(qiáng)信號(hào)調(diào)理。

傳感器選項(xiàng)簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)

雖然外部傳感器支持廣泛的應(yīng)用，但有幾個(gè)主傳感器如果集成，可以減少 BOM、占用空間、節(jié)省功耗、降低噪聲并提高可靠性。這些傳感器包括本地溫度和電容式觸摸控制器。許多Microchip MCU具有集成的溫度和觸摸控制器，無(wú)需通用外部組件。

在需要各種傳感器的情況下，Microchip還提供許多其他傳感器，例如濕度，接近度，天氣，溫度，加速度，位置，空氣質(zhì)量，酒精，CO，壓差，電流，心率，陀螺儀，甲烷，液化石油氣，氫氣和指南針傳感。這些傳感器中的大多數(shù)使用數(shù)字信號(hào)連接和自校準(zhǔn)，無(wú)需額外的硬件設(shè)計(jì)和開(kāi)發(fā)時(shí)間從模擬輸入校準(zhǔn)傳感器。

為了進(jìn)一步簡(jiǎn)化開(kāi)發(fā)，Microchip提供了許多這樣的傳感器類(lèi)型作為MikroElektronika Click板?。這些與Microchip的好奇號(hào)和Explorer開(kāi)發(fā)板上包含的Click板接口兼容。這些用于傳感器應(yīng)用的開(kāi)發(fā)板、代碼示例和軟件庫(kù)減輕了傳感器類(lèi)型、應(yīng)用的試驗(yàn)和原型設(shè)計(jì)負(fù)擔(dān)，并加快了開(kāi)發(fā)時(shí)間。

結(jié)論

通過(guò)增強(qiáng)傳感器的使用使幾乎所有市場(chǎng)受益的大量機(jī)會(huì)令人難以置信。由于傳感器落銷(xiāo)的成本和尺寸，在過(guò)去幾年中出現(xiàn)了全新的行業(yè)分支g 低于臨界閾值。從醫(yī)療傳感、智能計(jì)量/智能電網(wǎng)到廣泛的物聯(lián)網(wǎng)，低成本和小尺寸傳感器和MCU是智能系統(tǒng)的重要推動(dòng)因素，可創(chuàng)建更安全、更可靠、更高效的系統(tǒng)。

然而，能夠促進(jìn)這些新應(yīng)用的傳感器的精度、性能和通信要求不斷提高，這給傳感器設(shè)計(jì)人員和開(kāi)發(fā)人員帶來(lái)了額外的負(fù)擔(dān)。Microchip提供MCU、傳感器和開(kāi)發(fā)工具，允許以更小的尺寸提供低成本的傳感器模塊，并通過(guò)與模塊化傳感器板兼容的豐富功能開(kāi)發(fā)板降低開(kāi)發(fā)成本。

審核編輯：郭婷