【導讀】移(yi)動(dong)計(ji)算(suan)機(ji)和(he)條(tiao)形(xing)碼(ma)掃(sao)描(miao)儀(yi)等(deng)手(shou)持(chi)設(she)備(bei)在(zai)使(shi)用(yong)過(guo)程(cheng)中(zhong)難(nan)免(mian)會(hui)多(duo)次(ci)跌(die)落(luo)。每(mei)跌(die)落(luo)一(yi)次(ci)，設(she)備(bei)的(de)一(yi)係(xi)列(lie)集(ji)成(cheng)子(zi)係(xi)統(tong)就(jiu)會(hui)變(bian)得(de)更(geng)脆(cui)弱(ruo)，更(geng)容(rong)易(yi)受(shou)到(dao)物(wu)理(li)損(sun)壞(huai)和(he)/或發生功能故障。在這種情況下，整個設備也更有可能遭受物理破壞或功能受損。

簡介

在“深度剖析手持設備中的電池管理對成本控製的影響”中
，我們探討了手持設備中的電池管理
，及其對物流和零售應用成本控製的影響。在第2部分，我們將重點介紹如何通過引入高g衝擊檢測、動態揚聲器管理和內置自動物體尺寸測量等先進功能，提升手持設備的整體自動化效率。

可靠性和保修：高g衝擊檢測

移(yi)動(dong)計(ji)算(suan)機(ji)和(he)條(tiao)形(xing)碼(ma)掃(sao)描(miao)儀(yi)等(deng)手(shou)持(chi)設(she)備(bei)在(zai)使(shi)用(yong)過(guo)程(cheng)中(zhong)難(nan)免(mian)會(hui)多(duo)次(ci)跌(die)落(luo)。每(mei)跌(die)落(luo)一(yi)次(ci)
，設(she)備(bei)的(de)一(yi)係(xi)列(lie)集(ji)成(cheng)子(zi)係(xi)統(tong)就(jiu)會(hui)變(bian)得(de)更(geng)脆(cui)弱(ruo)

，更(geng)容(rong)易(yi)受(shou)到(dao)物(wu)理(li)損(sun)壞(huai)和(he)/或發生功能故障。在這種情況下
，整個設備也更有可能遭受物理破壞或功能受損。

跌落的強度各異，可能輕微滑落
，也可能從高處加速摔落
，尤其是在工廠地麵上，設備可能經曆數百g的加速度，這將大幅削弱設備的抗損能力。為了確保設備能夠長時間正常使用，必須避免超越產品規範的使用場景從原始設備製造商(OEM)dejiaodulaishuo，tebieshiduiyugaojiashebei，dianzishebeiyinwuyonghuoyiwaidieluodaozhidesunhuaikenenghuishibaoxiushixiao。yinci，yaoyangezhixingcileibaoxiuzhengce，yigaocaiyangsulvjiancedieluowutidegaojiasudushuipingbiandezhiguanzhongyao
，yinweizhexiedieluochangjingwangwanghuiduijiasuduchanshengduanzanyingxiang（參見圖1）。

在將設備推出市場之前，製造商還會通過特定的測試環境和程序來檢查其設備的抗衝擊能力。例如，美國軍用標準MIL-STD-810G 516.6等定義了一個流程
，要求在五個單元上進行測試
，每個設備在測試方法規定的溫度下經曆26次跌落（8次角跌落
、12次邊緣跌落和6次正麵/側麵跌落）。如果設備在測試期間關機、重啟或丟失數據，則被視為未通過跌落測試。溫度和接觸化學物質等環境因素也會削弱設備在跌落後繼續正常運轉的能力。

圖1.手持設備跌落測試的典型加速度水平。請注意，最大加速度出現在實際衝擊後。

使用ADXL37x係列高g加速度計等MEMS加速度計可以快速、高質量地監控設備在使用過程中經曆的所有加速度。這些MEMS加速度計的尺寸為3 mm × 3 mm
，可承受高達±400 g的加速度。即使在最高采樣速率（超過5 kHz）下，這些加速度計也能以低功率水平運行，連續工作時消耗的電流不到45 μA，非常適合用於手持設備和電池供電設備。傳統加速度計不具備正確檢測和表征跌落的采樣速率。高g加速計的采樣速率比許多傳統加速度計高3倍，可以檢測超快速瞬變，準確識別意外跌落
，並指定跌落事件的類型，同時功耗比傳統加速度計低10倍。ADXL37x等高g加速度計也經過廣泛測試，包括閘床測試和高加速壽命試驗(HALT)，這些測試重現惡劣的環境和工作條件，手持設備必須能夠在這樣的條件下穩健、可靠地運行（參見圖2）。

圖2.用於MEMS衝擊測試的閘床測試和高加速壽命試驗(HALT)設備。

借助高g加速度計、gaoduantiaoxingmasaomiaoyiheyidongjisuanji
，xianzaikeyiduicangkujinxingjiankong，yilejieshifouyouyiwaishigufasheng。zheyouzhuyubaozhengzuizhongyonghuanquankekaodishiyongshebei。ciwai，zhexieshebeidezhizaoshangkeyizaifaxianwuyongshiquxiaochanpinbaoxiu
，bimianyinfeiOEM責任導致損壞而產生的高額保內維修費用。

動態揚聲器管理

工廠車間環境十分嘈雜。不斷移動的機器人、傳chuan送song帶dai和he其qi他ta機ji械xie使shi得de各ge類lei聲sheng音yin通tong信xin變bian得de困kun難nan。例li如ru
，條tiao形xing碼ma掃sao描miao儀yi可ke能neng會hui發fa出chu聽ting得de見jian的de嗶bi嗶bi聲sheng，用yong於yu確que認ren掃sao描miao已yi完wan成cheng。為wei了le能neng夠gou被bei聽ting到dao
，手shou持chi或huo可ke穿chuan戴dai設she備bei必bi須xu發fa出chu響xiang亮liang而er清qing晰xi的de聲sheng音yin。但dan同tong時shi，音yin頻pin放fang大da器qi的de功gong耗hao不bu能neng對dui電dian池chi續xu航hang時shi間jian造zao成cheng嚴yan重zhong影ying響xiang。換huan言yan之zhi
，OEM不能通過增加放大器和揚聲器的尺寸來提高揚聲器音量。

借助動態揚聲器管理(DSM)，開發人員能夠將微型揚聲器的輸出提高2.5倍
，既不增加功耗，也不會對安全工作條件產生負麵影響。通過使用帶有集成升壓轉換器的緊湊型、低功耗、高效D類音頻放大器
，這一目標不難實現。此類架構利用感知功耗降低(PPR)的概念來延長電池續航時間：通過利用DSM產生的揚聲器聲壓級(SPL)響應
，再結合人類聽覺閾值（參見圖3）
，可以動態衰減最終用戶聽不到的信號。與傳統靜態濾波器相比
，衰減這些信號可節省10%至25%的功率（參見表1）。

圖3.PPR動態衰減用戶聽不到的信號。

表1.關於旗艦手機的最終用戶案例研究

以ADI MAX98390的集成10 V升壓轉換器為例，與傳統放大器相比，該器件可使SPL提升高達8 dB，且不超過揚聲器的熱限值（參見圖4）。

圖4.與配備傳統放大器的相同揚聲器相比
，MAX98390等DSM放大器可使SPL提升高達8 dB。

此(ci)外(wai)，聲(sheng)音(yin)更(geng)加(jia)洪(hong)亮(liang)，沒(mei)有(you)傳(chuan)統(tong)放(fang)大(da)器(qi)常(chang)見(jian)的(de)嗡(weng)嗡(weng)聲(sheng)。由(you)於(yu)動(dong)態(tai)陷(xian)波(bo)濾(lv)波(bo)器(qi)僅(jin)衰(shuai)減(jian)機(ji)械(xie)震(zhen)動(dong)與(yu)端(duan)口(kou)共(gong)振(zhen)的(de)相(xiang)互(hu)作(zuo)用(yong)，而(er)不(bu)衰(shuai)減(jian)聲(sheng)音(yin)和(he)嗡(weng)嗡(weng)聲(sheng)效(xiao)果(guo)
，因(yin)此(ci)與(yu)傳(chuan)統(tong)陷(xian)波(bo)濾(lv)波(bo)器(qi)相(xiang)比(bi)
，它(ta)可(ke)以(yi)產(chan)生(sheng)更(geng)清(qing)晰(xi)、更洪亮的聲音（參見圖5）。

圖5.youyudongtaixianbolvboqijinshuaijianjixiezhendongyuduankougongzhendexianghuzuoyong，erbushuaijianshengyinhewengwengshengxiaoguo，yinciyuchuantongxianbolvboqixiangbi
，takeyichanshenggengqingxi
、更洪亮的聲音。

為了實現快速原型製作並加速應用開發，ADI提供適用於微型揚聲器的MAX98390EVSYS評估套件
，並隨附基準設計文件和完全基於GUI的自動揚聲器參數提取工具，以便從揚聲器中提取關鍵參數（參見圖6）。

圖6.借助MAX98390EVSYS等微型揚聲器評估套件，設計可以快速輕鬆地提取開始音頻設計所需的關鍵揚聲器參數。

圖7.簡化的微型揚聲器放大器設計過程（例如通過ADI MAX98390EVSYS微型揚聲器評估套件實現設計簡化）可加速音頻係統設計。

利用MAX98390等集成放大器，OEM可將DSM引入手持和可穿戴設備，從而提供更洪亮、更清晰的聲音
，而不影響電池續航時間。舉個例子，對於DSM揚聲器，MAX98390具有超低的本底噪聲(9 μV)和功耗（3.7 V時為24 mW），同時提供高動態範圍(117 dB)。此外，該器件采用緊湊型封裝
，占用麵積僅6.3 mm2。簡而言之，OEM可通過DSM實現更洪亮、更清晰的聲音，提升操作人員的安全性
，無需使用不同的微型揚聲器或更大的電池包。

自動物體尺寸測量

預計到2027年，全球包裹發運量將達到2560億件1。這數十億件包裹在倉庫、貨車和快遞公司中轉運輸時
，需要多次測量每件包裹的尺寸和重量。手動測量（例如使用卷尺）容易出錯，更重要的是

，會嚴重影響供應鏈吞吐率和貨物配送速度。

貨huo物wu的de包bao裝zhuang尺chi寸cun可ke能neng比bi實shi際ji需xu要yao的de更geng大da，這zhe會hui導dao致zhi整zheng個ge供gong應ying鏈lian效xiao率lv低di下xia。例li如ru，就jiu貨huo車che容rong量liang的de利li用yong率lv而er言yan
，物wu體ti尺chi寸cun測ce量liang越yue準zhun確que
，效xiao率lv就jiu會hui越yue高gao。此ci外wai，更geng大da的de包bao裝zhuang會hui造zao成cheng不bu必bi要yao的de包bao裝zhuang材cai料liao浪lang費fei。

雖sui然ran固gu定ding自zi動dong測ce量liang係xi統tong可ke以yi提ti高gao效xiao率lv，但dan部bu署shu成cheng本ben高gao，且qie隻zhi能neng在zai特te定ding位wei置zhi使shi用yong。作zuo為wei固gu定ding自zi動dong測ce量liang係xi統tong的de替ti代dai方fang案an，便bian攜xie式shi手shou持chi掃sao描miao儀yi利li用yong機ji器qi視shi覺jiao和he自zi動dong物wu體ti尺chi寸cun測ce量liang來lai提ti高gao效xiao率lv、減少浪費及對環境的影響，並降低整個供應鏈的運營成本。

zhexiebianxieshixitongkeyiceliangrenhechicundewuti
，jingdudadaohaomiji。deyiyuzheyangdejingdu
，baoguozhixushiyongshaoerjingdebaozhuangjikezaigongyinglianzhongjinxingyunshu。ciwai，tongguozizhujiqiren，baoguokeyizhuangruxiangshihuoche
，genganquandizaiwuliuzhongxinzhijianyunshu，erzhexiecheliangxianzaikeyishixianmanzaiyunshu。youlecileisaomiaoyi，wuliuzhongxin

、倉cang庫ku或huo現xian場chang便bian不bu再zai需xu要yao其qi他ta工gong具ju或huo測ce量liang設she備bei來lai測ce量liang物wu體ti。因yin此ci


，與yu固gu定ding自zi動dong測ce量liang係xi統tong相xiang比bi，測ce量liang過guo程cheng得de以yi簡jian化hua，同tong時shi提ti高gao準zhun確que性xing和he效xiao率lv
，減jian少shao浪lang費fei，並bing降jiang低di整zheng個ge供gong應ying鏈lian的de運yun營ying成cheng本ben。

自動物體尺寸測量利用飛行時間(ToF)技術來準確測量物體。ToF基(ji)於(yu)受(shou)控(kong)光(guang)源(yuan)和(he)光(guang)電(dian)探(tan)測(ce)器(qi)。該(gai)傳(chuan)感(gan)器(qi)通(tong)過(guo)發(fa)射(she)調(tiao)製(zhi)光(guang)，然(ran)後(hou)測(ce)量(liang)光(guang)束(shu)反(fan)射(she)到(dao)光(guang)電(dian)探(tan)測(ce)器(qi)所(suo)需(xu)的(de)時(shi)間(jian)內(nei)發(fa)生(sheng)的(de)相(xiang)移(yi)，達(da)到(dao)測(ce)量(liang)距(ju)離(li)的(de)目(mu)的(de)。

圖8.利用正弦波相移計算ToF的基本原理。

圖9.箱子尺寸測量應用的示例（上圖使用下圖中的ADTF3175 ToF模塊）。

ToF涉及複雜的計算，每個調製頻率使用三個相關係數（相移120°）對求解。此外，還使用多個調製頻率來擴大明確的範圍（參見圖8）。通(tong)過(guo)使(shi)用(yong)按(an)像(xiang)素(su)相(xiang)位(wei)偏(pian)移(yi)校(xiao)正(zheng)和(he)溫(wen)度(du)漂(piao)移(yi)校(xiao)正(zheng)以(yi)及(ji)空(kong)間(jian)濾(lv)波(bo)來(lai)減(jian)少(shao)噪(zao)聲(sheng)
，可(ke)達(da)到(dao)超(chao)高(gao)精(jing)度(du)水(shui)平(ping)。獲(huo)得(de)出(chu)色(se)的(de)分(fen)辨(bian)率(lv)和(he)幀(zhen)速(su)率(lv)後(hou)
，便(bian)可(ke)以(yi)準(zhun)確(que)檢(jian)測(ce)和(he)測(ce)量(liang)任(ren)意(yi)形(xing)狀(zhuang)的(de)邊(bian)和(he)麵(mian)。

圖9所示為可在手持掃描儀中實現實時物體尺寸測量的ToF模塊示例。該模塊基於ADI提供的ADTF3175 1 MP ToF模塊和圖像信號處理器ADSD3500。要實現物體識別和物體辨識/尺寸測量，機器視覺算法需要高分辨率。ADTF3175 ToF傳感器為3D傳感器提供1 MP的高分辨率（1024 × 1024原生分辨率）。此外，在全分辨率下，該傳感器支持高達40 fps的幀速率，在VGA (640 px × 480 px)分辨率下，支持高達90 fps的幀速率，以便在涉及快速移動物體的應用中支持自動物體尺寸測量。ADTF3175傳感器還采用紅外主動照明，使掃描儀能夠在光線條件千差萬別的倉庫和工業環境中保持穩定運行。

圖10.一款手持設備
，具備使用ADI ToF傳感器進行3D物體尺寸測量的功能。

圖10顯示了與ADSD3500等圖像信號處理器結合使用時，3D物體尺寸測量可以達到的細節和精度水平。ADSD3500采用專用深度計算引擎，可加速圖像處理數據路徑
，在分辨率為800 × 600時支持全深度處理
，在分辨率高達1280 × 1024時支持相位展開前處理。內部數據通信使用4個輸入MIPI CSI-2通道或2個輸出MIPI CSI-2通道，每個通道均高達2.5 Gbps
，以實現ToF數據的快速幀速率測量。

基於ToF傳感器和圖像處理的ToF係統（如ADTF3175和ADSD3500）大大簡化了ToF係統的設計過程。來自ToF傳感器的原始數據幀直接饋入圖像處理器以執行ToF計算。得到的深度數據可傳遞至外部低端微控製器。實際上，高視頻處理任務會從微控製器分流
，並且不需要額外的DRAM存儲器。

除了簡化係統設計
，與傳統ToF方法相比
，係統的總功耗也將顯著降低。因此，ToF可在電池供電的手持掃描儀和移動計算機中實現，而且不影響性能或能效。根據具體應用和OEM的特定應用要求，ADI為麵向物流和零售終端應用的手持自動掃描儀提供完整的創新技術組合，包括電源管理器件、電池電量計和集成組件
，從而實現高g加速度計、微型揚聲器放大器、ToF傳感器和圖像處理器等先進功能。

圖11.ADI為手持自動數據采集設備提供的廣泛技術產品。

對(dui)更(geng)高(gao)效(xiao)率(lv)和(he)更(geng)低(di)運(yun)營(ying)成(cheng)本(ben)的(de)需(xu)求(qiu)正(zheng)在(zai)推(tui)動(dong)物(wu)流(liu)和(he)零(ling)售(shou)終(zhong)端(duan)應(ying)用(yong)的(de)自(zi)動(dong)化(hua)發(fa)展(zhan)。因(yin)此(ci)
，自(zi)動(dong)數(shu)據(ju)采(cai)集(ji)設(she)備(bei)已(yi)經(jing)遠(yuan)不(bu)止(zhi)是(shi)簡(jian)單(dan)的(de)條(tiao)形(xing)碼(ma)掃(sao)描(miao)儀(yi)。要(yao)通(tong)過(guo)實(shi)時(shi)數(shu)據(ju)管(guan)理(li)實(shi)現(xian)物(wu)流(liu)自(zi)動(dong)化(hua)轉(zhuan)型(xing)，提(ti)高(gao)效(xiao)率(lv)，這(zhe)些(xie)手(shou)持(chi)設(she)備(bei)將(jiang)發(fa)揮(hui)至(zhi)關(guan)重(zhong)要(yao)的(de)作(zuo)用(yong)。

通過引入先進功能，比如高g衝擊檢測以確保設備可靠性、dongtaiyangshengqiguanliyitishengyonghuanquanxing
，yijineizhizidongwutichicunceliangyitigaojingdu，zhexiesaomiaoyiyouzhuyushixiangenggaodeshengchanli。zaijiehezhinengdianchiguanli
，OEM可以設計並交付下一代掃描儀，提高整個物流供應鏈的效率並降低成本。

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