最初在車內部署安全氣囊係統時，氣囊通常隻配備在駕駛座。汽車製造商很快決定同樣要保護其他乘客，因此在副駕駛座以及後座區域（某些情況下）安an裝zhuang了le安an全quan氣qi囊nang。起qi初chu當dang檢jian測ce到dao碰peng撞zhuang時shi
，安an全quan氣qi囊nang總zong是shi全quan力li的de展zhan開kai。雖sui然ran氣qi囊nang係xi統tong挽wan救jiu了le不bu少shao生sheng命ming，但dan很hen快kuai明ming顯xian發fa現xian
，如ru果guo坐zuo在zai副fu駕jia駛shi座zuo的de小xiao孩hai或huo嬰ying兒er被bei牢lao牢lao限xian製zhi於yu座zuo位wei上shang，氣qi囊nang帶dai來lai的de傷shang害hai可ke能neng會hui超chao過guo其qi提ti供gong的de保bao護hu。因yin此ci
，副fu駕jia駛shi座zuo開kai始shi加jia入ru能neng手shou動dong關guan閉bi氣qi囊nang的de設she計ji。但dan是shi，駕jia駛shi員yuan可ke能neng會hui忘wang了le做zuo這zhe個ge必bi要yao的de動dong作zuo。而er且qie一yi旦dan關guan上shang氣qi囊nang
，當dang乘cheng客ke是shi成cheng年nian人ren時shi
，駕jia駛shi員yuan可ke能neng會hui忘wang了le把ba氣qi囊nang打da開kai。加jia入ru壓ya力li傳chuan感gan器qi係xi統tong。

 

 

在zai座zuo椅yi上shang加jia入ru壓ya力li傳chuan感gan器qi係xi統tong後hou，整zheng個ge氣qi囊nang係xi統tong通tong過guo監jian控kong副fu駕jia駛shi座zuo椅yi上shang的de重zhong量liang來lai判pan斷duan是shi否fou關guan閉bi係xi統tong。這zhe樣yang的de做zuo法fa毋wu庸yong置zhi疑yi，但dan是shi製zhi造zao商shang很hen快kuai發fa現xian，對dui於yu不bu同tong的de重zhong量liang，他ta們men需xu要yao使shi用yong不bu同tong的de力li道dao來lai展zhan開kai安an全quan氣qi囊nang。而er且qie
，座zuo位wei上shang的de重zhong量liang來lai源yuan可ke能neng隻zhi是shi一yi袋dai雜za貨huo。下xia一yi步bu是shi在zai展zhan開kai安an全quan氣qi囊nang前qian先xian了le解jie乘cheng客ke的de姿zi勢shi。例li如ru，如ru果guo乘cheng客ke向xiang儀yi表biao板ban傾qing斜xie，則ze安an全quan氣qi囊nang應ying以yi較jiao小xiao的de力li道dao展zhan開kai。有you很hen多duo方fang法fa可ke以yi做zuo到dao這zhe一yi點dian。有you些xie公gong司si提ti供gong壓ya力li傳chuan感gan器qi織zhi物wu，該gai織zhi物wu可ke以yi墊dian在zai座zuo椅yi上shang並bing判pan斷duan出chu乘cheng客ke的de姿zi勢shi，甚shen至zhi能neng分fen辨bian兒er童tong座zuo椅yi和he真zhen人ren。有you些xie公gong司si則ze提ti供gong能neng感gan應ying乘cheng坐zuo壓ya力li和he乘cheng坐zuo位wei置zhi的de座zuo位wei氣qi囊nang。有you些xie公gong司si提ti供gong結jie合he紅hong外wai攝she像xiang機ji（因為必須在黑暗中工作）的座位傳感器，能識別出身體的姿態。

 

隨著時間的推移，壓力傳感器係統的電子器件，被集成至含有處理器的 IC zhong，chengbenhechicundouhuodesuojian。qichegongsixianzaikeyitigongyigelianjiedaoanquanqinangzhuangzhidewanzhengxitong。suiranzidongjiashiqicheyibuzaixuyaojiashizuoanquanqinangxitong，danwuyongzhiyideshi

，haishixuyaojinkenengzaizhuangcheshiweichengketigongbaohu。

 

了解智能傳感器係統

 

基本傳感器係統包含一個可從外部模擬世界收集數據的傳感設備。當進行完信號處理（例如放大
、濾波或清除），會將生成的模擬數據發送到車內的另一個係統。

 

智能傳感器係統增加了模數電路（A-D）
，可為運行軟件的處理器提供信號，以便分析信號並做出決策（圖 1）。有(you)了(le)處(chu)理(li)器(qi)和(he)軟(ruan)件(jian)，該(gai)係(xi)統(tong)便(bian)實(shi)現(xian)了(le)智(zhi)能(neng)化(hua)。然(ran)後(hou)，數(shu)字(zi)信(xin)號(hao)通(tong)常(chang)會(hui)連(lian)接(jie)到(dao)車(che)內(nei)的(de)汽(qi)車(che)網(wang)絡(luo)係(xi)統(tong)，其(qi)中(zhong)傳(chuan)感(gan)器(qi)數(shu)據(ju)會(hui)進(jin)一(yi)步(bu)作(zuo)為(wei)另(ling)一(yi)個(ge)係(xi)統(tong)的(de)輸(shu)入(ru)。

 

圖 1：比較基本傳感器係統與智能傳感器係統。

 

以yi我wo們men的de智zhi能neng安an全quan氣qi囊nang為wei例li，智zhi能neng壓ya力li傳chuan感gan器qi係xi統tong會hui實shi時shi收shou集ji有you關guan乘cheng客ke的de數shu據ju，並bing使shi用yong嵌qian入ru式shi處chu理li器qi上shang運yun行xing的de軟ruan件jian對dui其qi進jin行xing分fen析xi。如ru果guo由you於yu乘cheng客ke狀zhuang況kuang的de變bian化hua需xu要yao向xiang安an全quan氣qi囊nang係xi統tong發fa送song新xin警jing報bao，則ze智zhi能neng傳chuan感gan器qi係xi統tong會hui通tong過guo汽qi車che網wang絡luo發fa送song該gai警jing報bao。安an全quan氣qi囊nang係xi統tong會hui針zhen對dui該gai警jing報bao打da開kai或huo關guan閉bi安an全quan氣qi囊nang，或huo者zhe修xiu改gai充chong氣qi設she置zhi來lai增zeng加jia或huo減jian小xiao安an全quan氣qi囊nang展zhan開kai力li道dao。

 

最後，為汽車市場開發智能傳感器係統的各家公司通常會以定製 IC 為目標，進而降低成本
、尺寸和功耗。智能傳感器的典型特征是
，傳感設備使用 MEMS 來實現，而其餘電路則是采用以 CMOS 技術實現的模擬／混合信號 (AMS) 設計。

 

銜接多個領域

 

從小型團隊到大型公司
，設計人員通過開發定製 IC，將jiang新xin穎ying的de智zhi能neng傳chuan感gan器qi創chuang意yi推tui向xiang巿巿場chang。這zhe些xie設she計ji人ren員yuan，正zheng在zai重zhong塑su用yong以yi支zhi持chi智zhi能neng傳chuan感gan器qi係xi統tong的de設she計ji流liu程cheng，他ta們men心xin中zhong懷huai有you新xin的de期qi望wang。他ta們men通tong常chang在zai小xiao型xing團tuan隊dui工gong作zuo，需xu要yao集ji成cheng的de設she計ji流liu程cheng，以yi便bian在zai盡jin可ke能neng減jian少shao開kai支zhi的de同tong時shi快kuai速su、輕qing鬆song地di開kai發fa可ke正zheng常chang使shi用yong的de器qi件jian。他ta們men必bi須xu能neng夠gou開kai發fa適shi用yong係xi統tong驗yan證zheng的de概gai念nian驗yan證zheng，才cai能neng利li用yong汽qi車che市shi場chang的de巨ju大da商shang機ji。設she計ji團tuan隊dui需xu要yao使shi用yong集ji成cheng式shi設she計ji流liu程cheng快kuai速su實shi現xian產chan品pin，從cong而er快kuai速su開kai發fa出chu智zhi能neng傳chuan感gan器qi係xi統tong所suo需xu的de全quan部bu部bu件jian，包bao括kuo：傳感元件、模擬電路接口、模數轉換邏輯和數字邏輯，而且所有部件的成本比傳統 IC 和係統設計更低。

 

許多設計團隊紛紛采用 Tanner 的集成式 IC 設計和驗證解決方案來創建智能傳感器係統。原因何在？ 創建智能傳感器係統會涉及多個設計領域，因此極具挑戰性。但是
，在同一矽片（圖 2）上創建一個既有采用傳統 CMOS IC 流程製作的電子器件，又有 MEMS 傳感器的係統似乎並不現實。實際上，許多此類係統會在單個封裝中集成多個芯片，將電子器件與 MEMS 設計分開。

 

圖 2：CMOS 版圖上的 MEMS 實例（來源：MEMSIC）。

 

Tanner AMS IC 設計流程（圖 3）支持單芯片或多芯片技術，因而有助於成功實現器件的設計和驗證。

 

圖 3：銜接了 AMS 和 MEMS 設計的自上而下 Tanner 設計流程。

 

在單個芯片上設計電子器件和 MEMS 涉及到如下有趣之處（參見圖 2）：

 

• 電路圖可以包含 IC 和 MEMS 器件。IC 器件使用 SPICE 模型進行建模，而 MEMS 器件則采用可直接在物理領域（如機械
、靜電、流體和磁）建模的行為模型（圖 4）。

 

圖 4：電子器件和 MEMS 位於同一電路圖上。

 

• 為了支持初始 MEMS/IC 仿真，設計人員可以使用 System Model Builder 以及 SPICE 或 Verilog-A 中的解析方程來創建 MEMS 模型。結合 MEMS 仿真庫
，設計人員就可以在初始階段就對整個設計是否符合預期予以驗證。

 

• 利用 MEMS PCell 庫
，設計人員可以進行版圖設計。此外

，Library Palette（圖 5）提供了許多 MEMS 器件的基本版圖生成器
，您可以將其用作設計的初始模型。

 

圖 5：用於創建 MEMS 器件版圖的 Library Palette。

 

• 然後，設計人員可以生成一個三維幾何模型，以便進行查看、虛擬原型開發
，以及導出到有限元分析 (FEA) 工具。

 

• Compact Model Builder 采用的是降階建模技術
，利用該工具，設計人員可以根據 FEA 結果創建行為模型

，並將其用於最終係統級仿真中。

 

傳統上，係統設計的 MEMS 部分從創建 MEMS 器件的三維模型開始，然後在第三方 FEA 工具中分析其物理特性，直到獲得滿意的結果。但是，設計人員需要二維掩膜才能製造 MEMS 器件。他們如何從三維模型中衍生出二維掩膜呢？他們遵循圖 6 所示的 Tanner 以(yi)版(ban)圖(tu)為(wei)導(dao)向(xiang)的(de)流(liu)程(cheng)，由(you)於(yu)三(san)維(wei)實(shi)體(ti)模(mo)型(xing)是(shi)由(you)版(ban)圖(tu)和(he)工(gong)藝(yi)步(bu)驟(zhou)結(jie)合(he)生(sheng)成(cheng)的(de)
，因(yin)此(ci)在(zai)器(qi)件(jian)製(zhi)造(zao)過(guo)程(cheng)中(zhong)的(de)每(mei)一(yi)步(bu)都(dou)是(shi)可(ke)視(shi)的(de)
，從(cong)而(er)降(jiang)低(di)出(chu)錯(cuo)的(de)風(feng)險(xian)。

 

圖 6：以版圖為導向的 MEMS 設計流程。

 

從 L-Edit 的二維掩膜版圖開始創建器件。然後，3D Solid Modeler 會利用這些版圖和一係列的三維製造工藝步驟，自動生成器件的三維實體模型。導出該三維模型並使用您喜歡的 FEA 工(gong)具(ju)進(jin)行(xing)三(san)維(wei)分(fen)析(xi)
，如(ru)發(fa)現(xian)任(ren)何(he)問(wen)題(ti)，可(ke)以(yi)進(jin)行(xing)迭(die)代(dai)。對(dui)二(er)維(wei)掩(yan)膜(mo)版(ban)圖(tu)進(jin)行(xing)適(shi)當(dang)的(de)修(xiu)改(gai)，然(ran)後(hou)重(zhong)複(fu)流(liu)程(cheng)。通(tong)過(guo)這(zhe)個(ge)以(yi)版(ban)圖(tu)為(wei)導(dao)向(xiang)的(de)設(she)計(ji)流(liu)程(cheng)，設(she)計(ji)人(ren)員(yuan)可(ke)以(yi)將(jiang)精(jing)力(li)集(ji)中(zhong)在(zai)一(yi)個(ge)可(ke)以(yi)工(gong)作(zuo)的(de) MEMS 器件上
，因為他們直接設計用於生產製造的版圖
，而不是從三維模型進行逆向工作。

 

增加價值

 

設計人員使用 Tanner 定製 IC 流程將 MEMS 傳感器集成到電子智能傳感器係統中。但諷刺的是，將整個係統置於 IC 上將卻導致價格降低。因此，團隊正在尋找創造更高利潤係統的方法。其中一種方法是傳感器融合：開發一個包含多個傳感器的係統，從而創造具有更高價值的產品。

 

以我們的壓力傳感器係統為例
，設計人員可使用陀螺儀傳感器將即將發生的翻車解決方案加入 IC 中zhong，通tong過guo陀tuo螺luo儀yi傳chuan感gan器qi將jiang訊xun號hao傳chuan送song至zhi安an全quan帶dai係xi統tong，以yi便bian在zai發fa生sheng事shi故gu時shi自zi動dong收shou緊jin安an全quan帶dai。此ci外wai
，團tuan隊dui可ke以yi加jia入ru一yi個ge加jia速su計ji傳chuan感gan器qi，這zhe有you助zhu於yu在zai不bu依yi賴lai乘cheng客ke姿zi勢shi的de條tiao件jian下xia計ji算suan出chu安an全quan氣qi囊nang展zhan開kai力li道dao。通tong過guo在zai係xi統tong中zhong融rong合he三san種zhong傳chuan感gan器qi並bing加jia入ru軟ruan件jian實shi現xian智zhi能neng化hua
，公gong司si就jiu能neng以yi更geng高gao的de價jia格ge將jiang這zhe個ge多duo維wei度du的de解jie決jue方fang案an提ti供gong給gei汽qi車che製zhi造zao商shang。

 

重點回顧

 

閱(yue)讀(du)到(dao)有(you)關(guan)自(zi)動(dong)駕(jia)駛(shi)的(de)奇(qi)特(te)係(xi)統(tong)雖(sui)然(ran)令(ling)人(ren)感(gan)到(dao)興(xing)奮(fen)，但(dan)其(qi)實(shi)單(dan)一(yi)用(yong)途(tu)的(de)智(zhi)能(neng)傳(chuan)感(gan)器(qi)係(xi)統(tong)，才(cai)是(shi)真(zhen)正(zheng)實(shi)現(xian)自(zi)動(dong)駕(jia)駛(shi)的(de)關(guan)鍵(jian)。這(zhe)些(xie)係(xi)統(tong)通(tong)常(chang)采(cai)用(yong)在(zai)業(ye)界(jie)使(shi)用(yong)多(duo)年(nian)的(de)專(zhuan)用(yong)傳(chuan)感(gan)器(qi)。創(chuang)建(jian)智(zhi)能(neng)傳(chuan)感(gan)器(qi)係(xi)統(tong)會(hui)涉(she)及(ji)多(duo)個(ge)設(she)計(ji)領(ling)域(yu)（模擬
、數字、MEMS 和潛在 RF）
，因此極具挑戰性。設計團隊紛紛采用 Tanner 的集成式 IC 設計和驗證解決方案來創建智能傳感器係統，因為它是一個可用於銜接這些設計領域的完整解決方案，從而

可以成功實現產品開發。

 

 

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