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 中(zhong)，成(cheng)本(ben)和(he)尺(chi)寸(cun)都(dou)獲(huo)得(de)縮(suo)減(jian)。汽(qi)車(che)公(gong)司(si)現(xian)在(zai)可(ke)以(yi)提(ti)供(gong)一(yi)個(ge)連(lian)接(jie)到(dao)安(an)全(quan)氣(qi)囊(nang)裝(zhuang)置(zhi)的(de)完(wan)整(zheng)係(xi)統(tong)。雖(sui)然(ran)自(zi)動(dong)駕(jia)駛(shi)汽(qi)車(che)已(yi)不(bu)再(zai)需(xu)要(yao)駕(jia)駛(shi)座(zuo)安(an)全(quan)氣(qi)囊(nang)係(xi)統(tong)，但(dan)無(wu)庸(yong)置(zhi)疑(yi)的(de)是(shi)
，還(hai)是(shi)需(xu)要(yao)盡(jin)可(ke)能(neng)在(zai)撞(zhuang)車(che)時(shi)為(wei)乘(cheng)客(ke)提(ti)供(gong)保(bao)護(hu)。

 

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）。有(you)了(le)處(chu)理(li)器(qi)和(he)軟(ruan)件(jian)，該(gai)係(xi)統(tong)便(bian)實(shi)現(xian)了(le)智(zhi)能(neng)化(hua)。然(ran)後(hou)，數(shu)字(zi)信(xin)號(hao)通(tong)常(chang)會(hui)連(lian)接(jie)到(dao)車(che)內(nei)的(de)汽(qi)車(che)網(wang)絡(luo)係(xi)統(tong)，其(qi)中(zhong)傳(chuan)感(gan)器(qi)數(shu)據(ju)會(hui)進(jin)一(yi)步(bu)作(zuo)為(wei)另(ling)一(yi)個(ge)係(xi)統(tong)的(de)輸(shu)入(ru)。

 

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，jiangxinyingdezhinengchuanganqichuangyituixiang巿chang。zhexieshejirenyuan，zhengzaizhongsuyongyizhichizhinengchuanganqixitongdeshejiliucheng
，tamenxinzhonghuaiyouxindeqiwang。tamentongchangzaixiaoxingtuanduigongzuo，xuyaojichengdeshejiliucheng
，yibianzaijinkenengjianshaokaizhidetongshikuaisu、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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