汽車傳感器技術(shù)推動非車用嵌入式設(shè)計的發(fā)展

具有更多智能的汽車需要配備各種各樣牢靠而又廉價的傳感器，其中許多傳感器證明在其它嵌入式系統(tǒng)中也是非常適用的。而且，數(shù)字編程技術(shù)也正在簡化這些汽車傳感器適應(yīng)于新領(lǐng)域的開發(fā)過程。


目前，轎車、卡車和公共汽車既是一種機(jī)械設(shè)備，同樣也幾乎是一種電子裝置。隨著越來越多的汽車增加先進(jìn)的功能，如穩(wěn)定性控制和電子油門控制，汽車的電子含量還在不斷增加。由于電子系統(tǒng)只依靠電信號工作，所以汽車需要用傳感器將各種光激勵、化學(xué)激勵和機(jī)械激勵轉(zhuǎn)換成電信號。盡管傳感器歷來是非常昂貴的，但汽車傳感器卻不能太貴，因為對汽車（甚至高檔豪華汽車）制造而言，成本始終是一個極為敏感的因素。然而，盡管有成本方面的嚴(yán)格限制，但汽車傳感器的設(shè)計者們卻不能只圖省錢。這些傳感器必須能在惡劣的溫度、濕度、沖擊、震動和電磁干擾的環(huán)境下可靠地工作許多年，當(dāng)然這些極端工作條件會大大縮短相應(yīng)常規(guī)傳感器的使用壽命。
　　這種具有挑戰(zhàn)性的局面，對那些基于非汽車傳感器的嵌入式系統(tǒng)的設(shè)計師來說，卻是一個真正的好消息。這些設(shè)計師常常發(fā)現(xiàn)，他們可以使原先為汽車開發(fā)的傳感器也適應(yīng)于別的應(yīng)用場合。因為使用
在汽車上的這些傳感器價格雖低，但可靠性極高。而且，現(xiàn)在的可編程技術(shù)也便于修改數(shù)量日益增多的汽車傳感器特性，使它們達(dá)到新的用途的要求。
　　如今，許多車用傳感器都是使用IC工藝制造的，其中有些工藝可生產(chǎn)既有模擬功能又有非易失性存儲器的芯片。這種方法允許對每一個器件進(jìn)行校正和編程，以彌補(bǔ)制造上的缺陷。因此，可編程性可以使器件制造商放寬公差，從而在降低成本的同時提高器件成品率。
　　但是，IC設(shè)計者們必須仔細(xì)地逐項考慮增加可編程性是否能夠真正地降低傳感器芯片的成本。這種權(quán)衡可能是極其棘手的。如果考慮不當(dāng)，將非易失性存儲器添加到主要是模擬功能的芯片上就會導(dǎo)致成本上升而不是下降。要將非易失性RAM與模擬功能結(jié)合在一起，需要使用更加復(fù)雜的晶圓片加工工藝，存儲器會增加芯片面積，從而降低了成品率，而編程則會增加測試時間。
　　盡管IC技術(shù)在汽車傳感技術(shù)中日益占居主導(dǎo)地位的理由很充足，但并非所有的汽車傳感器都是采用IC的。遠(yuǎn)非如此。不過，現(xiàn)在還沒有任何別的制造技術(shù)能如此適合生產(chǎn)這些傳感器。制造IC的成批加工工藝可以生產(chǎn)大量的、功能特性受到精確控制的器件，其結(jié)果是器件成本極低。事實上，許多汽車傳感器IC的封裝成本已經(jīng)高于芯片的成本。即使這樣，封裝后的器件成本通常也比用其它方法生產(chǎn)的器件低。可以說，在許多情況下，即使是汽車制造商愿意支付相當(dāng)高的費(fèi)用（何況他們事實上不愿意），用其它方法根本就生產(chǎn)不出合適的器件來的。
　　封裝占用一筆很大的成本
　　封裝成本在汽車傳感器的成本中占有很大比重，對此誰也不會感到意外。封裝必須保護(hù)本來就脆弱的芯片不受極端環(huán)境的影響。再則，某些IC傳感器對封裝提出了極為苛刻的要求。例如，某些位置傳感器要求精確監(jiān)控制IC芯片相對于封裝外部特征的位置。要滿足這些要求，需要專門的裝配工藝和夾具。
　　即使沒有提出這類特殊要求，汽車傳感器的封裝也必須保護(hù)芯片免遭大多數(shù)商用器件從未遇到過的工作條件的影響。不僅芯片，而且封裝包封本身也必須保證能在-40～ +125°C的溫度范圍內(nèi)正常工作（對安裝在發(fā)動機(jī)組件上的IC，其工作溫度范圍是-40～ +150°C）。再則，封裝必須保護(hù)芯片免受高濕度的影響，在某些情況下還要抗鹽霧的影響。封裝還必須保護(hù)芯片免受極端沖擊和震動的影響，而芯片本身還必須承受很強(qiáng)的靜電場和RF電磁場的干擾。這些要求通常與軍事裝備和航天設(shè)備中所用IC的要求相同，只在某些場合單位體積可以放松一些，而且汽車公司也不會以軍用品的價格來支付，在某些情況下，甚至還要求低于普通商品的價格來支付。
　　你也許認(rèn)為，汽車設(shè)備中大量使用完全相同的傳感器會使定制封裝符合汽車客戶的心意。但是，汽車傳感器的購買者在可能的情況下寧愿購買標(biāo)準(zhǔn)化封裝的IC，至少從尺寸的角度來說是這樣。標(biāo)準(zhǔn)封裝的基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)（如測試插座）早已存在，因此，找到多家生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)封裝IC的廠家要比尋找多家特殊封裝IC制造商更容易。IC傳感器制造商們估計，他們生產(chǎn)的汽車傳感器至少有一半是符合工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)外形封裝的。
　　盡管尺寸是標(biāo)準(zhǔn)化的，但幾乎所有這些封裝都是IC或封裝制造商使之適用于汽車行業(yè)的版本。ISO（國際標(biāo)準(zhǔn)化組織）已經(jīng)制定了有關(guān)汽車用IC和IC封裝性能各個方面的標(biāo)準(zhǔn)。其中一項標(biāo)準(zhǔn)，即ISO/TR 7637/1，包含了器件承受ESD（靜電放電）的性能規(guī)范。
　　有些時候，對商用級器件進(jìn)行改進(jìn)，使之適用于汽車設(shè)備，需要對封裝給予更多特別的關(guān)注。各種改進(jìn)可能要求大大改變晶圓片加工工藝。比如說裝在發(fā)動機(jī)罩下面的光傳感器就是這種情況。一般來說，光電二極管探測器的工作溫度只能達(dá)到85°C，超過這一溫度（在少數(shù)情況下，可以超過100℃），

反向偏置的光電二極管的漏電流就會過大。但是，改變該器件摻雜就可使它在125℃的環(huán)境溫度下工作。