拓展智能系统市场 ST剑指联网智能感知(一)

第一代消费电子MEMS传感器驱动的运动感知应用最初只用于消费电子产品，如游戏控制台和首批智能手机。现在，智能感知应用被广泛用于所有的电子应用领域：定位导航、工业控制、楼宇自动化以及医疗保健。 智能传感器是现实“模拟”世界与电子数字世界之间的交互界面。意法半导体提供用户开发智能感知整体解决方案所需的各种器件。智能感知方案由下列模块组成：运动识别、环境传感器、低功耗微控制器、用户界面和通信接口。

　　消费电子、工业控制、能源计量及医疗仪器，所有电子产品都在提高本身的智能化程度，这归功于电子系统大规模引入嵌入式智能感知、数字管理和联网功能。因此，今后几年，传感器特别是MEMS产品将是半导体市场上最有前景的技术，据IHS iSuppli预测，2016年销售收入预计达到125亿美元，复合年增长率CAGR达到9.7%，而整个半导体市场的CAGR预计仅为4.5%。

　　智能感知平台

　　本文所述智能感知平台由五个主要模块组成，如图1所示：该智能感知平台是一个先进智能感知应用的完整解决方案。

　　（1）运动MEMS：加速度计、磁强计、陀螺仪（或iNEMO惯性传感器模块和数字罗盘模块）

　　（2）环境传感器：温度传感器和湿度传感器

　　（3）系统数据管理：低功耗8/32位微控制器

　　（4）数据接口：ZigBee、低功耗蓝牙（ BLE）、低于1GHz的射频、以太网

　　（5）用户界面：触摸屏、触控键和近距离检测传感器

　　运动MEMS模块是一个9自由度的运动感知级，由3轴数字陀螺仪（L3GD20）、系统级封装数字罗盘（LSM303DLHC）模块和3轴数字磁强传感器组成。陀螺仪用于测量角速度，最大量程±2000°/s ；数字罗盘模块集成3轴数字线性加速度传感器，能够测量线性加速度，最大量程±16g；3轴数字磁强传感器的量程为8.1 Gauss。意法半导体的产品组合还包括单封装3轴数字或模拟加速度计（LIS3DH），最大量程±24g。

　　图1：典型的智能感知平台框图

　　在环境传感器模块内，MEMS压力代表运动识别的第10个自由度。事实上，因为260－1260mbar的绝对量程和0.020 mbar分辨率，压力传感器（LPS331AP）能够识别海拔高度，例如，室内导航的楼层位置。压力湿度二合一传感器（开发中）的绝对量程0-100%RH，分辨率 》 0.05% RH，以及模拟或数字温度传感器（STTS751， STLM20），是环境监测智能感知解决方案的重要组件。

　　数据接口模块有四个不同的解决方案：功耗蓝牙（BLE）（控制器开发中），兼容Bluetooth 4.0标准，工作频率2.45 GHz，传输速率大约200kbit/s。

　　ZigBee产品（STM32W）兼容IEEE 802.15.4无线个人区域网络标准（WPAN），美国和澳大利亚的工作频率为915 MHz，欧洲为868 MHz，世界其它地区为2.4 GHz。数据传输速率为20－900 Kbs/s。

　　另一个射频产品是功耗极低的无线收发器，工作频率低于1 GHz，（SPIRIT1）能够工作在不同的频带，支持不同的调制方法：2-FSK、GFSK、OOK、ASK和MSK。

　　线缆接口采用快速以太网，这是业界最广泛使用的局域网标准。意法半导体产品（STE100P）是一个10/100 Mbps收发器，兼容IEEE802.3u 100Base-TX 和 IEEE802.3 10Base-T标准。该平台的数字管理方案可选用8位或32位低功耗微控制器。

　　微控制器的功耗特性以及整个系统器件的功耗，是便携消费电子以及停电时备用电池供电的24小时监测系统的基本要求 。

　　触感产品（触摸屏， 触控键和近距离检测传感器）用户界面代表直观的输入输出工具，可简化很多应用的设置修改，例如，家庭耗源显示器。

意法半导体为智能感知平台带来差异化产品组合

　　（1）运动MEMS

　　凭借先进的技术和创新的设计，意法半导体一举成为全球最大的便携和消费电子MEMS厂商。加速度计和陀螺仪产量逾20亿件，意法半导体颠覆了用户界面设计方式，运用技术简化了使用体验方式。意法半导体提供各种3轴线性加速度计以及单轴或3轴陀螺仪、6轴数字罗盘和6轴或9轴iNEMO惯性传感模块。运动MEMS的目标应用为：移动设备的智能界面，自由落体检测和硬盘保护，工业运动跟踪和振动监测，导航，运动健身器材和3D标签等。

　　a.加速度计

　　意法半导体提供先进的3轴模拟和数字加速度计，产品主要特性包括±24g满量程、高分辨率、嵌入式智能功能和先进的省电功能。

　　b.陀螺仪

　　意法半导体陀螺仪产品线也十分广泛，包括1轴、2轴和3轴陀螺仪。满量程宽广（30－2000 °/s），航向、横滚和俯仰三轴共用一个质量块，测量精度十分出色。意法半导体的陀螺仪具有出色的时间稳定性和温度稳定性，适用于消费电子和工业市场。

　　c.数字罗盘

意法半导体的数字罗盘在一个封装内集成一个3轴数字磁强传感器和一个3轴数字加速度计。 LSM303DLx系列数