電子發(fā)燒友網(wǎng)報道（文/李寧遠）近年來，機器人技術(shù)的發(fā)展推動了制造業(yè)工廠的流程升級。自動化工廠、數(shù)字化工廠、“智能”工廠、“黑燈”工廠等等概念一時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。如果無人化和自動化沒辦法帶來更高的效率，那么一切升級都無從談起。

在這些升級轉(zhuǎn)型的場景中，絕大部分都需要使用自動化設(shè)備。在智能工廠中，智能設(shè)備離不開各種傳感器，傳感器可以對制造設(shè)備、系統(tǒng)、泵、電機以及其他設(shè)備進行實時監(jiān)控和運行管理，同時還可以監(jiān)管工廠內(nèi)設(shè)施及員工動向。這可以預(yù)防機器故障、提高產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)率。此外，還可以對收集的數(shù)據(jù)進行整合和分析，以進一步優(yōu)化工廠運營。在制造業(yè)中實現(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，要實現(xiàn)對設(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，本期會通過一些筆者覺得很有特色的系列產(chǎn)品來窺見這個已經(jīng)很成熟的市場在如何發(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)品有一個優(yōu)勢，也是很多大型日企共同的優(yōu)勢，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)。而對于這么一款高集成的壓力傳感，集成在一個厚度僅有6毫米的封裝中，其面積僅有24×26毫米。

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，會稍微影響傳感器IC的精度，但這個系列在－40℃至140℃的溫度范圍內(nèi)運行時，整個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了。覆蓋極端溫度，同時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并不會支持如此寬量程的溫度范圍。

為了補償非線性和溫度誤差，MiniCell系列集成了信號調(diào)節(jié)器，并提供精確校準(zhǔn)輸出信號。這個其實并不是很新奇的手法了，為了補償誤差，很多廠商都會應(yīng)用此辦法。MiniCell系列在補償之余表現(xiàn)出了極高的抗電磁干擾（EMI）能力。解決該IC對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收購前，就推出了系列MEMS壓力傳感器IC，這個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，對硅微結(jié)構(gòu)的理解與運用，應(yīng)該是無人能出其右。

SMI系列低壓系列在表壓、差壓或非對稱差壓配置中提供0.07至2.49 PSI的壓力范圍。SMI系列在單個封裝中，將壓力傳感器與信號調(diào)節(jié)ASIC相結(jié)合，極大程度上簡化了高級硅微機械壓力傳感器的使用。這個系列有著16位I2C數(shù)字和模擬輸出接口可用，兩種接口會有著不同的誤差。

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。這是因為該系列可以直接安裝在標(biāo)準(zhǔn)印刷電路板上，可以從數(shù)字接口會獲取高電平、校準(zhǔn)的壓力信號。所以誤差也會低一些。這種方式也大大降低了對自定義校正算法的補償網(wǎng)絡(luò)或微控制器的需求。

在硅微結(jié)構(gòu)的這項工藝上，TE的SMI系列只能說玩得太透徹了，既涵蓋對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、溫度補償或完全校準(zhǔn)。

寫在最后

智能工廠的升級離不開自動化設(shè)備，自動化設(shè)備離不開各類精準(zhǔn)的傳感器。在這個已經(jīng)相當(dāng)成熟的市場，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將自己的某一項特長發(fā)揮到極限。

原文標(biāo)題：把控性能與發(fā)揮工藝，MEMS壓力傳感在如何發(fā)展

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