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4月24日（本周五）上午10點，第五期「集微公開課」邀請到蘇州納芯微電子股份有限公司信號調理產品市場總監葉健，帶來題為《信號調理IC：連接物理世界與數字世界的橋梁》的精彩演講。
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眾所周知，傳感器是用於檢測、監視和響應各種溫度、壓力、溼度、運動等環境變化的器件，它是許多系統中不可或缺的組件，是現實物理世界通向信息化世界的橋梁。不過，傳感器信號不能直接轉換為數位訊號，這是因為傳感器輸出是相當小的電壓、電流或電阻變化，因此，在變換為數位訊號之前必須進行調理。調理就是放大，緩衝或定標模擬信號等，使其適合於模/數轉換器（ADC）的輸入。然後，ADC對模擬信號進行數位化，並把數位訊號送到MCU或其他數字器件，以便用於系統的數據處理。傳感器分為敏感元件和信號鏈兩部分，而以上的演進方向主要是對信號鏈部分提出了更高的要求。因此，信號鏈部分的主要角色——高性能的傳感器調理晶片，對未來物聯網傳感器的發展將至關重要。
葉健介紹，納芯微2013年創立於蘇州，定位於高性能高可靠信號鏈晶片供應商，包括傳感器信號調理晶片、傳感器IC、數字隔離晶片/接口晶片三大產品線。自成立以來，先後推出了國內首顆三軸MEMS加速度計ASIC、工業級壓力變送器調理晶片、汽車級壓力傳感器調理晶片、數字隔離晶片、汽車級壓力傳感器等多款產品，成立次年即實現盈利。通過了ISO9001的質量體系認證，成為國內少數的擁有前裝汽車級產品定義、開發和量產經驗的晶片設計公司之一。
作為公司三大產品線之一，葉健表示，傳感器信號調理ASIC作為傳感器系統中的電信號處理部分，負責將各種不同類型的敏感部件的輸出轉換成符合特定應用需求的、更容易處理的數字電壓信號，並對敏感部件的各種非理想因素，例如校準溫度帶來的誤差進行校準補償，是傳感器系統中必不可少的重要組成部分。
而設計傳感器ASIC所必要的能力，包括對傳感器的物理特性有深入的理解，對數字模擬電路有全面的能力，要掌握各種數位訊號處理算法並理解傳感器的終端應用。另外最重要的一點，也是最難的部分，在於傳感器的量產，需要有工程化量程和標定的充分經驗。
目前納芯微的調理晶片年出貨量超過2億顆，已廣泛應用於消費電子、白電、醫療、汽車和工業領域，包括手機、智能家居、無人機、可穿戴設備；各種工業傳感器、汽車和電子電力行業等。目前納芯微信號調理產品的產品主要出貨形式，包括晶圓或者晶粒的方式；封裝測試好的晶片的方式；提供給傳感器客戶傳感器生產用標定工程系統的硬體和軟體，以及對某些特殊的傳感器提供模塊級的PCB板卡。針對不同的細分應用，納芯微通過量身定製或整合優質資源，為行業提供從核心器件到批量生產的一站式解決方案。
納芯微信號調理ASIC的應用
葉健對通用型（電壓/電阻橋式/電容）傳感器信號調理ASIC和專用型傳感器信號調理ASIC（加速度計/矽麥/熱釋電/磁傳感器）進行了講解。
通用型信號調理ASIC技術要點及應用
納芯微通用型電壓/橋式電阻/電容傳感器信號調理ASIC包括成本優化、工業應用和高可靠性車規系列，分別適用於無人機高度計、汽車後裝壓力傳感器、熱電堆傳感器/耳溫計，工業現場壓力/溫度變送器、總線型工業現場傳感器、無線IoT傳感器，汽車前裝壓力傳感器、汽車前裝總線型壓力傳感器等。
這類信號調理晶片的核心技術在於高精度的模擬信號鏈、數字校準技術。校準在傳感器接口設計時非常關鍵，而集成校準算法內置了基於內置MCU校準(二階溫度係數、三階非線性係數)、ADC/DAC獨立校準、量程比調節和初始零點、滿量程調節，能夠縮短生產測試設備的測試時間和加載，進而降低成本，不會影響精確度。
以納芯微NSA2860這顆晶片來看，它集成了外部JFET控制器，24位主信號測量通道和24位輔助溫度測量通道，傳感器校準邏輯，雙路恆流源等電路，並可以支持數字接口輸出，模擬電壓輸出，4~20mA變送輸出，PWM/PDM輸出等各種輸出模式。一個典型應用是三線制RTD溫度變送器。
NSA2300則是一顆專為橋式傳感器提供的高集成、低功耗、高精度的傳感器信號採集、放大和校準的傳感器接口晶片，一個典型應用是今年以來備受關注的基於熱電堆傳感器的耳溫計、額溫計。它可為傳感器提供片上傳感器補償，包括零點漂移及其溫度補償，靈敏度及其溫度補償以及非線性補償。這些補償邏輯都基於內部一次性非揮發存儲器（OTP）所存儲的校準參數，通過內置DSP進行計算，不需要其他額外的外部器件支持，還提供多種溫度測量模式。
專用型信號調理ASIC技術要點及應用
納芯微的專用型傳感器信號調理ASIC（加速度計/矽麥/熱釋電/磁傳感器），則主要包括加速度傳感器信號調理ASIC、MEMS麥克風信號調理ASIC、磁阻/霍爾傳感器信號調理ASIC和被動熱釋電(PIR)傳感器信號調理ASIC四大類，分別應用於手機/TWS耳機/智能手環、智能音箱/智能家電、電流傳感器模塊和智能照明/智能門鈴/安防等場景。
對於這類調理信號晶片，核心技術在於需要充分理解傳感器電氣模型、對特定傳感器的某些具體指標需要保證AC或者DC模擬性能、低功耗以及需要理解產品應用場景和算法。
例如應用於磁阻電流傳感器模塊的NSA5311，支持客戶模塊級裝配後可編程精度校準，大範圍可調增益(1.667X~960X)，單一晶片應對各種電流傳感器量程。高信號帶寬，快速響應速度(<1us)，支持溫度查表法分段校準(應對傳感器溫度特性差的情況)。其信號處理架構，利用數字溫度傳感器通道的輸出+溫度查找表+線性插值+DAC，可實現多溫度分段靈敏度和零點補償。
NSA3182是一顆高度集成的用於熱釋電紅外傳感器（PIR）的調理晶片，可應用於智能照明、智能安防等場景，相比同類其他產品，具有內置LDO，外圍電路進一步簡化，精準延時；智能化、所有參數皆可配置等優勢。
納芯微汽車尾氣氮氧傳感器信號處理模塊
最後，葉健還對納芯微汽車尾氣氮氧傳感器(NOX)信號處理模塊進行了介紹，它可以接收命令，驅動傳感器晶片並控制傳感器工作在特定的環境下，計算並發送氮氧化合物的濃度值，使用全車規級晶片和生產工藝，穩定可靠，可提供出廠標定和檢測套件及全流程技術支持，輔助客戶量產。
集微直播間自開創以來獲得了大量來自行業的關注與好評。 4月27日-4月30日（周一至周四）上午10:00，全新四期【集微公開課】火力全開，讓你過足癮！
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（校對/木棉）
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