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智能傳感器與現(xiàn)代汽車電子
（作者未知） 2009/6/23
（接上頁(yè)）個(gè)整體。因此器件和電路的微型化、集成化是不可回避的道路。
3．電子控制單元必須具有足夠的智能化程度。以安全氣囊為例，它在關(guān)鍵時(shí)刻必須要能及時(shí)、正確地瞬時(shí)打開(kāi)，但在極大多數(shù)時(shí)間內(nèi)氣囊是處在待命狀態(tài)，因此安全氣囊的ECU 必須具有自檢、自維護(hù)能力，不斷確認(rèn)氣囊系統(tǒng)的可正常運(yùn)作的可靠性，確保動(dòng)作的“萬(wàn)無(wú)一失”。
4．汽車的各種功能部件都有各自的運(yùn)動(dòng)、操控特性，并且，對(duì)電子產(chǎn)品而言，大多處于非常惡劣的運(yùn)行環(huán)境中，而且各不相同。諸如工作狀態(tài)時(shí)的高溫，靜止待命時(shí)的低溫，高濃度的油蒸汽和活性（毒性）氣體，以及高速運(yùn)動(dòng)和高強(qiáng)度的沖擊和振動(dòng)等。因此，電子元器件和電路必須要有高穩(wěn)定、抗環(huán)境和自適應(yīng)、自補(bǔ)償調(diào)整的能力。
5．與上述要求同樣重要，甚至有時(shí)是關(guān)鍵性的條件是，汽車電子控制單元用的電子元器件、模塊必須要能大規(guī)模工業(yè)生產(chǎn)，并能將成本降低到可接受的程度。一些微傳感器和智能傳感器就是這方面的典范。例如智能加速度傳感器，它不僅能較好地滿足現(xiàn)代汽車的各項(xiàng)需要，而且因?yàn)榭梢栽诩呻娐窐?biāo)準(zhǔn)硅工藝線上批量生產(chǎn)，生產(chǎn)成本較低（幾美元至十幾或幾十美元），所以在汽車工業(yè)中找到了自己最大的應(yīng)用市場(chǎng)，反過(guò)來(lái)也有力地促進(jìn)了汽車工業(yè)的電子信息化。
二、智能傳感器：微傳感器與集成電路融合的新一代電子器件
微傳感器、智能傳感器是近幾年才開(kāi)始迅速發(fā)展起來(lái)的新興技術(shù)。在我國(guó)的報(bào)刊雜志上目前所使用的技術(shù)名稱還比較含混，仍然籠統(tǒng)地稱之為傳感器，或者含糊地歸納為汽車半導(dǎo)體器件，也有將智能傳感器（或智能執(zhí)行器、智能變送器）與微系統(tǒng)、MEMS等都?xì)w入了MEMS （微機(jī)電系統(tǒng)）名稱下的。這里介紹當(dāng)前一些歐美專著中常用的技術(shù)名詞的定義和技術(shù)內(nèi)涵。
首先必須說(shuō)明的是，在絕大多數(shù)情況下，本文大小標(biāo)題及全文中所說(shuō)的傳感器其實(shí)是泛指了三大類器件：將非電學(xué)輸入?yún)⒘哭D(zhuǎn)換成電磁學(xué)信號(hào)輸出的傳感器；將電學(xué)信號(hào)轉(zhuǎn)換成非電學(xué)參量輸出的執(zhí)行器；以及既能用作傳感器又能用作執(zhí)行器，其中較多的是將一種電磁學(xué)參量形式轉(zhuǎn)變成另一種電磁學(xué)參量形態(tài)輸出的變送器。就是說(shuō)，關(guān)于微傳感器、智能傳感器的技術(shù)特性可以擴(kuò)大類推到微執(zhí)行器、微變送器-傳感器（或執(zhí)行器、或變送器）的物理尺度中至少有一個(gè)物理尺寸等于或小于亞毫米量級(jí)的。微傳感器不是傳統(tǒng)傳感器簡(jiǎn)單的物理縮小的產(chǎn)物，而是基于半導(dǎo)體工藝技術(shù)的新一代器件：應(yīng)用新的工作機(jī)制和物化效應(yīng)，采用與標(biāo)準(zhǔn)半導(dǎo)體工藝兼容的材料，用微細(xì)加工技術(shù)制備的。因此有時(shí)也稱為硅傳感器�？梢杂妙愃频亩x和技術(shù)特征類推描述微執(zhí)行器和微變送器。
它由兩塊芯片組成，一是具有自檢測(cè)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(shì)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(kāi)發(fā)前期小批量試產(chǎn)的成本。但對(duì)實(shí)際應(yīng)用和市場(chǎng)來(lái)說(shuō)，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（Smart Sensor）、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�？梢栽谡９に嚵鞒痰耐镀�，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(chǔ)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(chǎng)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(cè)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(jìng)爭(zhēng)。結(jié)果是智能壓力傳感器體積越來(lái)越小，隨之控制單元所需的外圍接插件和分立元件越來(lái)越少，但功能和性能卻越來(lái)越強(qiáng)，而且生產(chǎn)成本降低很快（現(xiàn)在約為幾美元一只）。 （未完，下一頁(yè)）
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