電子發(fā)燒友網(wǎng)報(bào)道（文/李寧遠(yuǎn)）近年來，機(jī)器人技術(shù)的發(fā)展推動(dòng)了制造業(yè)工廠的流程升級(jí)。自動(dòng)化工廠、數(shù)字化工廠、智能工廠、黑燈工廠等等概念一時(shí)間讓人無法分辨清楚這些新名稱下的制造工廠到底有著怎樣的面貌。其實(shí)暫且拋開這些概念的含義，它們最終的目標(biāo)都是提高工廠和車間的效率。如果無人化和自動(dòng)化沒辦法帶來更高的效率，那么一切升級(jí)都無從談起。
在這些升級(jí)轉(zhuǎn)型的場(chǎng)景中，絕大部分都需要使用自動(dòng)化設(shè)備。在智能工廠中，智能設(shè)備離不開各種傳感器，傳感器可以對(duì)制造設(shè)備、系統(tǒng)、泵、電機(jī)以及其他設(shè)備進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控和運(yùn)行管理，同時(shí)還可以監(jiān)管工廠內(nèi)設(shè)施及員工動(dòng)向。這可以預(yù)防機(jī)器故障、提高產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)率。此外，還可以對(duì)收集的數(shù)據(jù)進(jìn)行整合和分析，以進(jìn)一步優(yōu)化工廠運(yùn)營(yíng)。在制造業(yè)中實(shí)現(xiàn)這種類型的數(shù)字化轉(zhuǎn)型，各種傳感器是關(guān)鍵，例如小型高精度壓力傳感器和可聯(lián)網(wǎng)變送器。
MEMS壓力傳感器不是一個(gè)陌生的話題了。工廠中有太多設(shè)備需要液體或者氣體來驅(qū)動(dòng)，要實(shí)現(xiàn)對(duì)設(shè)備的精準(zhǔn)控制并節(jié)約能源，設(shè)備中配置壓力傳感器必不可少。通過使用傳感器精確監(jiān)測(cè)和控制這些液體和氣體的壓力，可以減少不必要的能源消耗，從而提高生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量。這種傳感器市面上的產(chǎn)品層出不窮，本期會(huì)通過一些筆者覺得很有特色的系列產(chǎn)品來窺見這個(gè)已經(jīng)很成熟的市場(chǎng)在如何發(fā)展。
性能的極限拔高
作為綜合電子元件大廠，TDK旗下的產(chǎn)品有一個(gè)優(yōu)勢(shì)，也是很多大型日企共同的優(yōu)勢(shì)，那就是從上游原材料到下游成品他們自己全部覆蓋形成閉環(huán)。這種相對(duì)封閉的生態(tài)，催生出的是元器件極致的性能。
從產(chǎn)品側(cè)表現(xiàn)來說，可能他們并不總是在技術(shù)上推陳出新，但在封閉生態(tài)的迭代錘煉下性能被開發(fā)得幾乎到了這一類產(chǎn)品的極限。就像TDK的MiniCell系列，在－25℃至+85℃的溫度范圍內(nèi)精度極高，并將誤差控制在了±1% FS（滿量程）內(nèi)。而對(duì)于這么一款高集成的壓力傳感，集成在一個(gè)厚度僅有6毫米的封裝中，其面積僅有24×26毫米。
（圖源：TDK）
MiniCell系列在惡劣環(huán)境中的表現(xiàn)也相當(dāng)可靠。雖然隨著工況環(huán)境變惡劣，會(huì)稍微影響傳感器IC的精度，但這個(gè)系列在－40℃至140℃的溫度范圍內(nèi)運(yùn)行時(shí)，整個(gè)溫度范圍的誤差仍然沒有超過1.5% FS。這就很能說明上面的論點(diǎn)了。覆蓋極端溫度，同時(shí)滿量程誤差仍然很低，看得出性能幾乎被逼上極限了，也是同類產(chǎn)品的極限。況且大多數(shù)壓力傳感IC并不會(huì)支持如此寬量程的溫度范圍。
為了補(bǔ)償非線性和溫度誤差，MiniCell系列集成了信號(hào)調(diào)節(jié)器，并提供精確校準(zhǔn)輸出信號(hào)。這個(gè)其實(shí)并不是很新奇的手法了，為了補(bǔ)償誤差，很多廠商都會(huì)應(yīng)用此辦法。MiniCell系列在補(bǔ)償之余表現(xiàn)出了極高的抗電磁干擾（EMI）能力。解決該IC對(duì)外輻射干擾以及防止被外界電磁波干擾的問題，盡可能提高EMI能力，很大程度上提升了該IC的精度。事無巨細(xì)的把關(guān)才有極致的性能。
工藝的極致發(fā)揮
Silicon Microstructures，Inc.（SMI）在沒有被TE收購(gòu)前，就推出了系列MEMS壓力傳感器IC，這個(gè)系列在超低壓和超高壓應(yīng)用上，表現(xiàn)尤其亮眼。被TE收購(gòu)后，旗下產(chǎn)品成了TE壓力傳感SMI系列，繼續(xù)在超低壓和超高壓上突破。如果說上一個(gè)系列是日企在封閉生態(tài)下不斷錘煉產(chǎn)品將性能逼近極限，那么SMI系列應(yīng)該就是工藝的極致發(fā)揮，對(duì)硅微結(jié)構(gòu)的理解與運(yùn)用，應(yīng)該是無人能出其右。
（圖源：TE）
SMI系列低壓系列在表壓、差壓或非對(duì)稱差壓配置中提供0.07至2.49 PSI的壓力范圍。SMI系列在單個(gè)封裝中，將壓力傳感器與信號(hào)調(diào)節(jié)ASIC相結(jié)合，極大程度上簡(jiǎn)化了高級(jí)硅微機(jī)械壓力傳感器的使用。這個(gè)系列有著16位I2C數(shù)字和模擬輸出接口可用，兩種接口會(huì)有著不同的誤差。
首先在溫度覆蓋上是普遍的－20至85℃，該系列在數(shù)字輸出下，滿量程總誤差不超過±1%FS，模擬輸出下，誤差高一些為±1.5%FS。這是因?yàn)樵撓盗锌梢灾苯影惭b在標(biāo)準(zhǔn)印刷電路板上，可以從數(shù)字接口會(huì)獲取高電平、校準(zhǔn)的壓力信號(hào)。所以誤差也會(huì)低一些。這種方式也大大降低了對(duì)自定義校正算法的補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)或微控制器的需求。
在硅微結(jié)構(gòu)的這項(xiàng)工藝上，TE的SMI系列只能說玩得太透徹了，既涵蓋對(duì)成本敏感的小型化氣壓解決方案，也涵蓋具有數(shù)字或模擬輸出的高精度、溫度補(bǔ)償或完全校準(zhǔn)。
寫在最后
智能工廠的升級(jí)離不開自動(dòng)化設(shè)備，自動(dòng)化設(shè)備離不開各類精準(zhǔn)的傳感器。在這個(gè)已經(jīng)相當(dāng)成熟的市場(chǎng)，不管是將性能逼近極致的策略還是將工藝發(fā)揮到極致的玩法，一流傳感器廠商的壓力傳感都會(huì)將自己的某一項(xiàng)特長(zhǎng)發(fā)揮到極限。
