最初在車內部署安全氣囊係統時，氣囊通常隻配備在駕駛座。汽車製造商很快決定同樣要保護其他乘客
，因此在副駕駛座以及後座區域（某些情況下）安an裝zhuang了le安an全quan氣qi囊nang。起qi初chu當dang檢jian測ce到dao碰peng撞zhuang時shi，安an全quan氣qi囊nang總zong是shi全quan力li的de展zhan開kai。雖sui然ran氣qi囊nang係xi統tong挽wan救jiu了le不bu少shao生sheng命ming
，但dan很hen快kuai明ming顯xian發fa現xian
，如ru果guo坐zuo在zai副fu駕jia駛shi座zuo的de小xiao孩hai或huo嬰ying兒er被bei牢lao牢lao限xian製zhi於yu座zuo位wei上shang，氣qi囊nang帶dai來lai的de傷shang害hai可ke能neng會hui超chao過guo其qi提ti供gong的de保bao護hu。因yin此ci，副fu駕jia駛shi座zuo開kai始shi加jia入ru能neng手shou動dong關guan閉bi氣qi囊nang的de設she計ji。但dan是shi，駕jia駛shi員yuan可ke能neng會hui忘wang了le做zuo這zhe個ge必bi要yao的de動dong作zuo。而er且qie一yi旦dan關guan上shang氣qi囊nang，當dang乘cheng客ke是shi成cheng年nian人ren時shi
，駕jia駛shi員yuan可ke能neng會hui忘wang了le把ba氣qi囊nang打da開kai。加jia入ru壓ya力li傳chuan感gan器qi係xi統tong。

 

 

在zai座zuo椅yi上shang加jia入ru壓ya力li傳chuan感gan器qi係xi統tong後hou，整zheng個ge氣qi囊nang係xi統tong通tong過guo監jian控kong副fu駕jia駛shi座zuo椅yi上shang的de重zhong量liang來lai判pan斷duan是shi否fou關guan閉bi係xi統tong。這zhe樣yang的de做zuo法fa毋wu庸yong置zhi疑yi，但dan是shi製zhi造zao商shang很hen快kuai發fa現xian
，對dui於yu不bu同tong的de重zhong量liang，他ta們men需xu要yao使shi用yong不bu同tong的de力li道dao來lai展zhan開kai安an全quan氣qi囊nang。而er且qie
，座zuo位wei上shang的de重zhong量liang來lai源yuan可ke能neng隻zhi是shi一yi袋dai雜za貨huo。下xia一yi步bu是shi在zai展zhan開kai安an全quan氣qi囊nang前qian先xian了le解jie乘cheng客ke的de姿zi勢shi。例li如ru，如ru果guo乘cheng客ke向xiang儀yi表biao板ban傾qing斜xie，則ze安an全quan氣qi囊nang應ying以yi較jiao小xiao的de力li道dao展zhan開kai。有you很hen多duo方fang法fa可ke以yi做zuo到dao這zhe一yi點dian。有you些xie公gong司si提ti供gong壓ya力li傳chuan感gan器qi織zhi物wu，該gai織zhi物wu可ke以yi墊dian在zai座zuo椅yi上shang並bing判pan斷duan出chu乘cheng客ke的de姿zi勢shi，甚shen至zhi能neng分fen辨bian兒er童tong座zuo椅yi和he真zhen人ren。有you些xie公gong司si則ze提ti供gong能neng感gan應ying乘cheng坐zuo壓ya力li和he乘cheng坐zuo位wei置zhi的de座zuo位wei氣qi囊nang。有you些xie公gong司si提ti供gong結jie合he紅hong外wai攝she像xiang機ji（因為必須在黑暗中工作）的座位傳感器
，能識別出身體的姿態。

 

隨著時間的推移，壓力傳感器係統的電子器件，被集成至含有處理器的 IC zhong
，chengbenhechicundouhuodesuojian。qichegongsixianzaikeyitigongyigelianjiedaoanquanqinangzhuangzhidewanzhengxitong。suiranzidongjiashiqicheyibuzaixuyaojiashizuoanquanqinangxitong
，danwuyongzhiyideshi，haishixuyaojinkenengzaizhuangcheshiweichengketigongbaohu。

 

了解智能傳感器係統

 

基本傳感器係統包含一個可從外部模擬世界收集數據的傳感設備。當進行完信號處理（例如放大、濾波或清除），會將生成的模擬數據發送到車內的另一個係統。

 

智能傳感器係統增加了模數電路（A-D）
，可為運行軟件的處理器提供信號


，以便分析信號並做出決策（圖 1）。youlechuliqiheruanjian
，gaixitongbianshixianlezhinenghua。ranhou

，shuzixinhaotongchanghuilianjiedaocheneideqichewangluoxitong
，qizhongchuanganqishujuhuijinyibuzuoweilingyigexitongdeshuru。

 

圖 1：比較基本傳感器係統與智能傳感器係統。

 

以(yi)我(wo)們(men)的(de)智(zhi)能(neng)安(an)全(quan)氣(qi)囊(nang)為(wei)例(li)
，智(zhi)能(neng)壓(ya)力(li)傳(chuan)感(gan)器(qi)係(xi)統(tong)會(hui)實(shi)時(shi)收(shou)集(ji)有(you)關(guan)乘(cheng)客(ke)的(de)數(shu)據(ju)
，並(bing)使(shi)用(yong)嵌(qian)入(ru)式(shi)處(chu)理(li)器(qi)上(shang)運(yun)行(xing)的(de)軟(ruan)件(jian)對(dui)其(qi)進(jin)行(xing)分(fen)析(xi)。如(ru)果(guo)由(you)於(yu)乘(cheng)客(ke)狀(zhuang)況(kuang)的(de)變(bian)化(hua)需(xu)要(yao)向(xiang)安(an)全(quan)氣(qi)囊(nang)係(xi)統(tong)發(fa)送(song)新(xin)警(jing)報(bao)，則(ze)智(zhi)能(neng)傳(chuan)感(gan)器(qi)係(xi)統(tong)會(hui)通(tong)過(guo)汽(qi)車(che)網(wang)絡(luo)發(fa)送(song)該(gai)警(jing)報(bao)。安(an)全(quan)氣(qi)囊(nang)係(xi)統(tong)會(hui)針(zhen)對(dui)該(gai)警(jing)報(bao)打(da)開(kai)或(huo)關(guan)閉(bi)安(an)全(quan)氣(qi)囊(nang)，或(huo)者(zhe)修(xiu)改(gai)充(chong)氣(qi)設(she)置(zhi)來(lai)增(zeng)加(jia)或(huo)減(jian)小(xiao)安(an)全(quan)氣(qi)囊(nang)展(zhan)開(kai)力(li)道(dao)。

 

最後，為汽車市場開發智能傳感器係統的各家公司通常會以定製 IC 為目標，進而降低成本、尺寸和功耗。智能傳感器的典型特征是，傳感設備使用 MEMS 來實現，而其餘電路則是采用以 CMOS 技術實現的模擬／混合信號 (AMS) 設計。

 

銜接多個領域

 

從小型團隊到大型公司，設計人員通過開發定製 IC，將jiang新xin穎ying的de智zhi能neng傳chuan感gan器qi創chuang意yi推tui向xiang巿巿場chang。這zhe些xie設she計ji人ren員yuan

，正zheng在zai重zhong塑su用yong以yi支zhi持chi智zhi能neng傳chuan感gan器qi係xi統tong的de設she計ji流liu程cheng，他ta們men心xin中zhong懷huai有you新xin的de期qi望wang。他ta們men通tong常chang在zai小xiao型xing團tuan隊dui工gong作zuo，需xu要yao集ji成cheng的de設she計ji流liu程cheng，以yi便bian在zai盡jin可ke能neng減jian少shao開kai支zhi的de同tong時shi快kuai速su

、輕qing鬆song地di開kai發fa可ke正zheng常chang使shi用yong的de器qi件jian。他ta們men必bi須xu能neng夠gou開kai發fa適shi用yong係xi統tong驗yan證zheng的de概gai念nian驗yan證zheng，才cai能neng利li用yong汽qi車che市shi場chang的de巨ju大da商shang機ji。設she計ji團tuan隊dui需xu要yao使shi用yong集ji成cheng式shi設she計ji流liu程cheng快kuai速su實shi現xian產chan品pin，從cong而er快kuai速su開kai發fa出chu智zhi能neng傳chuan感gan器qi係xi統tong所suo需xu的de全quan部bu部bu件jian
，包bao括kuo：傳感元件
、模擬電路接口
、模數轉換邏輯和數字邏輯，而且所有部件的成本比傳統 IC 和係統設計更低。

 

許多設計團隊紛紛采用 Tanner 的集成式 IC 設計和驗證解決方案來創建智能傳感器係統。原因何在
？ 創建智能傳感器係統會涉及多個設計領域
，因此極具挑戰性。但是
，在同一矽片（圖 2）上創建一個既有采用傳統 CMOS IC 流程製作的電子器件，又有 MEMS 傳感器的係統似乎並不現實。實際上
，許多此類係統會在單個封裝中集成多個芯片
，將電子器件與 MEMS 設計分開。

 

圖 2：CMOS 版圖上的 MEMS 實例（來源：MEMSIC）。

 

Tanner AMS IC 設計流程（圖 3）支持單芯片或多芯片技術，因而有助於成功實現器件的設計和驗證。

 

圖 3：銜接了 AMS 和 MEMS 設計的自上而下 Tanner 設計流程。

 

在單個芯片上設計電子器件和 MEMS 涉及到如下有趣之處（參見圖 2）：

 

• 電路圖可以包含 IC 和 MEMS 器件。IC 器件使用 SPICE 模型進行建模
，而 MEMS 器件則采用可直接在物理領域（如機械、靜電、流體和磁）建模的行為模型（圖 4）。

 

圖 4：電子器件和 MEMS 位於同一電路圖上。

 

• 為了支持初始 MEMS/IC 仿真
，設計人員可以使用 System Model Builder 以及 SPICE 或 Verilog-A 中的解析方程來創建 MEMS 模型。結合 MEMS 仿真庫
，設計人員就可以在初始階段就對整個設計是否符合預期予以驗證。

 

• 利用 MEMS PCell 庫
，設計人員可以進行版圖設計。此外
，Library Palette（圖 5）提供了許多 MEMS 器件的基本版圖生成器
，您可以將其用作設計的初始模型。

 

圖 5：用於創建 MEMS 器件版圖的 Library Palette。

 

• 然後，設計人員可以生成一個三維幾何模型，以便進行查看
、虛擬原型開發

，以及導出到有限元分析 (FEA) 工具。

 

• Compact Model Builder 采用的是降階建模技術，利用該工具，設計人員可以根據 FEA 結果創建行為模型，並將其用於最終係統級仿真中。

 

傳統上
，係統設計的 MEMS 部分從創建 MEMS 器件的三維模型開始


，然後在第三方 FEA 工具中分析其物理特性，直到獲得滿意的結果。但是，設計人員需要二維掩膜才能製造 MEMS 器件。他們如何從三維模型中衍生出二維掩膜呢？他們遵循圖 6 所示的 Tanner 以(yi)版(ban)圖(tu)為(wei)導(dao)向(xiang)的(de)流(liu)程(cheng)
，由(you)於(yu)三(san)維(wei)實(shi)體(ti)模(mo)型(xing)是(shi)由(you)版(ban)圖(tu)和(he)工(gong)藝(yi)步(bu)驟(zhou)結(jie)合(he)生(sheng)成(cheng)的(de)
，因(yin)此(ci)在(zai)器(qi)件(jian)製(zhi)造(zao)過(guo)程(cheng)中(zhong)的(de)每(mei)一(yi)步(bu)都(dou)是(shi)可(ke)視(shi)的(de)
，從(cong)而(er)降(jiang)低(di)出(chu)錯(cuo)的(de)風(feng)險(xian)。

 

圖 6：以版圖為導向的 MEMS 設計流程。

 

從 L-Edit 的二維掩膜版圖開始創建器件。然後
，3D Solid Modeler 會利用這些版圖和一係列的三維製造工藝步驟
，自動生成器件的三維實體模型。導出該三維模型並使用您喜歡的 FEA 工gong具ju進jin行xing三san維wei分fen析xi

，如ru發fa現xian任ren何he問wen題ti，可ke以yi進jin行xing迭die代dai。對dui二er維wei掩yan膜mo版ban圖tu進jin行xing適shi當dang的de修xiu改gai，然ran後hou重zhong複fu流liu程cheng。通tong過guo這zhe個ge以yi版ban圖tu為wei導dao向xiang的de設she計ji流liu程cheng，設she計ji人ren員yuan可ke以yi將jiang精jing力li集ji中zhong在zai一yi個ge可ke以yi工gong作zuo的de MEMS 器件上
，因為他們直接設計用於生產製造的版圖，而不是從三維模型進行逆向工作。

 

增加價值

 

設計人員使用 Tanner 定製 IC 流程將 MEMS 傳感器集成到電子智能傳感器係統中。但諷刺的是
，將整個係統置於 IC 上將卻導致價格降低。因此，團隊正在尋找創造更高利潤係統的方法。其中一種方法是傳感器融合：開發一個包含多個傳感器的係統，從而創造具有更高價值的產品。

 

以我們的壓力傳感器係統為例，設計人員可使用陀螺儀傳感器將即將發生的翻車解決方案加入 IC 中(zhong)，通(tong)過(guo)陀(tuo)螺(luo)儀(yi)傳(chuan)感(gan)器(qi)將(jiang)訊(xun)號(hao)傳(chuan)送(song)至(zhi)安(an)全(quan)帶(dai)係(xi)統(tong)

，以(yi)便(bian)在(zai)發(fa)生(sheng)事(shi)故(gu)時(shi)自(zi)動(dong)收(shou)緊(jin)安(an)全(quan)帶(dai)。此(ci)外(wai)，團(tuan)隊(dui)可(ke)以(yi)加(jia)入(ru)一(yi)個(ge)加(jia)速(su)計(ji)傳(chuan)感(gan)器(qi)，這(zhe)有(you)助(zhu)於(yu)在(zai)不(bu)依(yi)賴(lai)乘(cheng)客(ke)姿(zi)勢(shi)的(de)條(tiao)件(jian)下(xia)計(ji)算(suan)出(chu)安(an)全(quan)氣(qi)囊(nang)展(zhan)開(kai)力(li)道(dao)。通(tong)過(guo)在(zai)係(xi)統(tong)中(zhong)融(rong)合(he)三(san)種(zhong)傳(chuan)感(gan)器(qi)並(bing)加(jia)入(ru)軟(ruan)件(jian)實(shi)現(xian)智(zhi)能(neng)化(hua)
，公(gong)司(si)就(jiu)能(neng)以(yi)更(geng)高(gao)的(de)價(jia)格(ge)將(jiang)這(zhe)個(ge)多(duo)維(wei)度(du)的(de)解(jie)決(jue)方(fang)案(an)提(ti)供(gong)給(gei)汽(qi)車(che)製(zhi)造(zao)商(shang)。

 

重點回顧

 

閱(yue)讀(du)到(dao)有(you)關(guan)自(zi)動(dong)駕(jia)駛(shi)的(de)奇(qi)特(te)係(xi)統(tong)雖(sui)然(ran)令(ling)人(ren)感(gan)到(dao)興(xing)奮(fen)
，但(dan)其(qi)實(shi)單(dan)一(yi)用(yong)途(tu)的(de)智(zhi)能(neng)傳(chuan)感(gan)器(qi)係(xi)統(tong)
，才(cai)是(shi)真(zhen)正(zheng)實(shi)現(xian)自(zi)動(dong)駕(jia)駛(shi)的(de)關(guan)鍵(jian)。這(zhe)些(xie)係(xi)統(tong)通(tong)常(chang)采(cai)用(yong)在(zai)業(ye)界(jie)使(shi)用(yong)多(duo)年(nian)的(de)專(zhuan)用(yong)傳(chuan)感(gan)器(qi)。創(chuang)建(jian)智(zhi)能(neng)傳(chuan)感(gan)器(qi)係(xi)統(tong)會(hui)涉(she)及(ji)多(duo)個(ge)設(she)計(ji)領(ling)域(yu)（模擬
、數字
、MEMS 和潛在 RF），因此極具挑戰性。設計團隊紛紛采用 Tanner 的集成式 IC 設計和驗證解決方案來創建智能傳感器係統，因為它是一個可用於銜接這些設計領域的完整解決方案，從而

可以成功實現產品開發。

 

 

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