智能传感器讯号处理需求现状

传感器是用于侦测、监控和响应温度、压力、湿度和运动等物理参量的设备。它们是许多实际工作系统不可或缺的零组件，在工业、消费、汽车、医疗和军事方面应用非常广泛。在过去，从传感器获得的数据被直接发送至中央控制单元，然后中央控制单元可能会使用外挂的硬件组件或数字逻辑对传感器数据执行后制或显示。

随着8位微控制器(MCU)等嵌入式处理器解决方案的出现，将固定的中央硬件替换为可透过程序执行应用所需特定任务的微控制器所带来的优势愈加明显。但是，8位微控制器只能提供给计算密集度不大的系统做一些基本处理任务。

为此，智能传感器讯号处理的需求逐渐浮现，而其具备的条件包括以下几项：

传感器应用复杂度的急速提升，使得将更强大的智能嵌入至传感器接口变得势在必行。很多应用均采用多个传感器来获取各种测量数据，并且运用十分先进的方法对数据进行处理。

在某些情况下，必须同时处理来自多种传感器的讯号，因而须利用同一个微控制器，这种情况可以称为「传感器讯号融合」。每种类型的传感器都有各自的讯号特性，并且须要透过不同的后制从中提取有用的信息，这会增加中央处理器(CPU)的运算量和周边数据处理量。

对于处理器而言，监控传感器讯号和侦测可能引起系统完全故障的错误也非常有用。检测出错误情况后，可完全关闭系统或切换到多余备分传感器。如果在错误检测流程中再加入一个步骤，就可以在故障实际发生前对其进行预测，这将大大简化现场硬件维护和保养。

此类容错算法和技术可能会相当复杂，需要更高的运算能力、更大的内存以及容易与更丰富的周边功能，因此有必要升级到16位微控制器。

在许多应用中，传感器实际分散在较广的区域内，如分散在大型建筑或工厂内，或分散在汽车的不同零件内。对于这样的分布式系统来说，集中式处理/控制方法往往被证实无效，或者在最佳情况下仍然效能不彰。

要减轻中央控制单元在处理和数据储存方面的压力，最好将处理能力分散到多个靠近的传感器，或者甚至与传感器整合的微控制器上。但是这种分布式传感器处理方法需要各种强大的讯号转换和通讯周边。

剖析智能传感器处理讯号链

传感器讯号处理包括各式各样的嵌入式应用，但可以概括地定义代表传感器处理系统特点的通用讯号链。传感器应用的主要组件是感测组件(也称为转换器)、讯号调整电路(多数是模拟电路组件)，以及嵌入式微处理器(在某些情况下是简单硬件电路的数字逻辑电路或ASIC)(图1)。