通过低功耗、高度集成的MCU和传感器满足现代传感应用的需求

　　随着物联网（IoT）的发展，传感器在商业和工业环境中激增。这些传感器的多样化应用通常只允许使用传感器设备进行低功耗操作，并且可以由低成本的可再生能源、能量收集系统或电池供电。此外，这一新一波智能应用要求传感器几乎适用于所有具有独特电源和通信要求的环境。Microchip构建了全面的微控制器（MCU）产品组合，具有精密集成模拟功能、多种接口和通信选项、业界领先的低功耗操作，以及与现代MCU兼容的广泛传感器解决方案系列。

　　预测物联网

　　的需求 有几种预测表明，到 2025 年，物联网设备的数量将从 200 多亿台增加到近 800 亿台［1］。其中许多物联网设备都有一个或多个传感器，并且还有大量传感器设备未连接到互联网。物联网设备的主要作用之一是获取、分析和报告有关周围环境的传感器数据。这是通过传感器和MCU实现的数字化、处理和处理传感器数据的通信。

　　传感器的现代使用与过去不同，过去传感器记录仪可能仅在阈值时刻或长时间获取数据时进行报告。当今的传感器连续、高速地捕获数据，同时将传感器数据传送到支持各种应用程序的大型云服务器，这种情况并不少见。现在，分布在整个环境中的传感器密度和种类也远远超过几年前的传感器设备数量。

　　因此，传感器的现代要求涉及前几代传感器设计人员没有面临的挑战。此外，这些挑战需要高度集成的MCU解决方案来提供功耗、性能和精选功能。

　　现代传感器挑战

　　传感器应用的一些最重要的问题是在优化性能的同时满足低功耗要求。通常，功率和性能是成正比的，为了获得更高的性能，需要更多的功率。对于许多使用少量交流、直流、可再生能源或电池供电的传感器应用来说，这是一个挑战。在可再生能源和电池供电的情况下，延长电池寿命，同时仍满足所有传感器、处理和通信要求至关重要。通常，更换电池供电的传感器或为其充电的成本可能超过仅更换传感器单元的成本，这使得超低功耗传感器设备对物联网应用极具吸引力。

　　分布在整个环境中的传感器数量的另一个挑战是为物联网设备启用通信连接或互联网连接。对于许多应用来说，将硬线以太网或数据电缆连接到分布在整个环境中的大量传感器可能成本高昂，甚至不可行。但是，某些高带宽传感器应用可能会了解硬线数据线的安全性、弹性和速度，例如安全视频和传感器。因此，包括有线和/或无线功能的传感器连接选项对于有效部署传感器系统至关重要。

　　传感器协同利用云服务有很多机会和好处，通过在数据分析过程中使用机器学习和算法智能地提升传感器数据的价值。为分布式传感器启用云功能需要复杂的连接和软件平台。它还打开了各种安全问题，超出了通常与连接传感器相关的安全问题。随着系统变得更加自动化并依赖于连接的传感器数据，篡改、欺骗、劫持或以其他方式入侵连接的传感器设备的危险也越来越受到关注。某些应用可能需要安全通信以及对传感器数据的安全保护，这加剧了制定适当安全措施的挑战。

　　在极端温度和其他恶劣条件下，确保环境稳定性和校准传感器数据是一个由来已久的困难。此外，许多MCU、传感器和数据处理、通信电路和外围设备并非设计用于在极端环境中运行。如果没有较宽的工作温度范围，来自所连接传感器的信息可能会失去准确性并最终变得无法使用。除非传感器、处理和通信中的每个组件和电路都能够在整个环境要求下简化操作。

　　高效 MCU 和丰富的选项如何支持传感器应用 满足上一节中列出的挑战，同时保持较低的 MCU 和传感器成本和较小的传感器尺寸，从而减轻了传感器应用

　　设计人员和开发人员的负担。Microchip设计了多个MCU系列以及各种传感器、开发板和工具，以应对这些挑战。Microchip MCU内置的功能非常适合传感器应用，包括：

　　• 超低功耗（XLP）操作

　　• 智能片上外设• 使用加密引擎和密钥存储

　　实现安全数据传输 • 高度集成的模拟外设

　　• 兼容通常用于传感器通信

　　的现代模拟和数字信号超低功耗运行和独立于内核的外设延长电池寿命 Microchip认识到需要延长电池寿命

　　，因此通过几个称为超低功耗（XLP）规范的内部标准，进一步发展了其MCU的低功耗功能。内部 XLP 规范具有低睡眠和低功耗的特点。其中包括低至 9 nA 的休眠电流、低至 300 nA 的实时时钟和低至 200 nA 的看门狗定时器 （WDT）。XLP MCU 还提供节能功能，例如 Vdd 损耗自动切换、实时时钟/日历 （RTCC） 以及从 1.8V 至 3.6V 备用电源单独供电的能力。

　　XLP MCU产品组合也足够庞大，可以提供满足许多低功耗应用需求的性能和功能。这些MC我们的产品范围从 8 到 121 引脚、4 KB 到 1 MB 闪存以及多种封装尺寸和类型。它们还设计有源模式电流低至 30 μA/MHz，以及具有超过 90% 单周期指令的高效指令集。其中许多 MCU 采用 QFN、uQFN 和芯片级封装，占用空间更小，适用于空间受限的设计。

　　此外，一些Microchip MCU配备了独立于内核的外设（CIP），允许这些外设无需打开或运行主MCU内核即可运行。CIP 与其他高度集成的外设一起减少了能耗并缩短了开发时间。XLP MCU CIP 包括运算放大器、LCD 驱动器、USB、电容式触摸传感、DMA 和加密模块。因此，这些MCU在外设正常运行期间使用的处理能力要少得多，并进一步扩展了低功耗操作。

　　连接多样性有利于传感器

　　许多 8 位和 16 位 MCU 的模拟和数字通信能力受到限制。这严重阻碍了传感器的发展，因为各种类型的传感器提出了不同的接口和通信要求。例如，一些现代加速度计可能需要多个数字信号通道或快速串行接口，而旧式运动检测传感器可能需要精确的模拟转换和比较。因此，Microchip MCU通常包括多种类型的集成模数转换器（ADC）、运算放大器（op-amp）、模拟比较器和数模转换器（DAC），以增强信号调理。

　　传感器选项简化设计

　　虽然外部传感器支持广泛的应用，但有几个主传感器如果集成，可以减少 BOM、占用空间、节省功耗、降低噪声并提高可靠性。这些传感器包括本地温度和电容式触摸控制器。许多Microchip MCU具有集成的温度和触摸控制器，无需通用外部组件。

　　在需要各种传感器的情况下，Microchip还提供许多其他传感器，例如湿度，接近度，天气，温度，加速度，位置，空气质量，酒精，CO，压差，电流，心率，陀螺仪，甲烷，液化石油气，氢气和指南针传感。这些传感器中的大多数使用数字信号连接和自校准，无需额外的硬件设计和开发时间从模拟输入校准传感器。

　　为了进一步简化开发，Microchip提供了许多这样的传感器类型作为MikroElektronika Click板™。这些与Microchip的好奇号和Explorer开发板上包含的Click板接口兼容。这些用于传感器应用的开发板、代码示例和软件库减轻了传感器类型、应用的试验和原型设计负担，并加快了开发时间。

　　结论

　　通过增强传感器的使用使几乎所有市场受益的大量机会令人难以置信。由于传感器落销的成本和尺寸，在过去几年中出现了全新的行业分支g 低于临界阈值。从医疗传感、智能计量/智能电网到广泛的物联网，低成本和小尺寸传感器和MCU是智能系统的重要推动因素，可创建更安全、更可靠、更高效的系统。

　　然而，能够促进这些新应用的传感器的精度、性能和通信要求不断提高，这给传感器设计人员和开发人员带来了额外的负担。Microchip提供MCU、传感器和开发工具，允许以更小的尺寸提供低成本的传感器模块，并通过与模块化传感器板兼容的丰富功能开发板降低开发成本。

　　审核编辑：郭婷