隨著物聯網（IoT）的發展，傳感器在商業和工業環境中激增。這些傳感器的多樣化應用通常只允許使用傳感器設備進行低功耗操作，并且可以由低成本的可再生能源、能量收集系統或電池供電。此外，這一新一波智能應用要求傳感器幾乎適用于所有具有獨特電源和通信要求的環境。Microchip構建了全面的微控制器（MCU）產品組合，具有精密集成模擬功能、多種接口和通信選項、業界領先的低功耗操作，以及與現代MCU兼容的廣泛傳感器解決方案系列。

預測物聯網

的需求 有幾種預測表明，到 2025 年，物聯網設備的數量將從 200 多億臺增加到近 800 億臺［1］。其中許多物聯網設備都有一個或多個傳感器，并且還有大量傳感器設備未連接到互聯網。物聯網設備的主要作用之一是獲取、分析和報告有關周圍環境的傳感器數據。這是通過傳感器和MCU實現的數字化、處理和處理傳感器數據的通信。

傳感器的現代使用與過去不同，過去傳感器記錄儀可能僅在閾值時刻或長時間獲取數據時進行報告。當今的傳感器連續、高速地捕獲數據，同時將傳感器數據傳送到支持各種應用程序的大型云服務器，這種情況并不少見。現在，分布在整個環境中的傳感器密度和種類也遠遠超過幾年前的傳感器設備數量。

因此，傳感器的現代要求涉及前幾代傳感器設計人員沒有面臨的挑戰。此外，這些挑戰需要高度集成的MCU解決方案來提供功耗、性能和精選功能。

現代傳感器挑戰

傳感器應用的一些最重要的問題是在優化性能的同時滿足低功耗要求。通常，功率和性能是成正比的，為了獲得更高的性能，需要更多的功率。對于許多使用少量交流、直流、可再生能源或電池供電的傳感器應用來說，這是一個挑戰。在可再生能源和電池供電的情況下，延長電池壽命，同時仍滿足所有傳感器、處理和通信要求至關重要。通常，更換電池供電的傳感器或為其充電的成本可能超過僅更換傳感器單元的成本，這使得超低功耗傳感器設備對物聯網應用極具吸引力。

分布在整個環境中的傳感器數量的另一個挑戰是為物聯網設備啟用通信連接或互聯網連接。對于許多應用來說，將硬線以太網或數據電纜連接到分布在整個環境中的大量傳感器可能成本高昂，甚至不可行。但是，某些高帶寬傳感器應用可能會了解硬線數據線的安全性、彈性和速度，例如安全視頻和傳感器。因此，包括有線和/或無線功能的傳感器連接選項對于有效部署傳感器系統至關重要。

傳感器協同利用云服務有很多機會和好處，通過在數據分析過程中使用機器學習和算法智能地提升傳感器數據的價值。為分布式傳感器啟用云功能需要復雜的連接和軟件平臺。它還打開了各種安全問題，超出了通常與連接傳感器相關的安全問題。隨著系統變得更加自動化并依賴于連接的傳感器數據，篡改、欺騙、劫持或以其他方式入侵連接的傳感器設備的危險也越來越受到關注。某些應用可能需要安全通信以及對傳感器數據的安全保護，這加劇了制定適當安全措施的挑戰。

在極端溫度和其他惡劣條件下，確保環境穩定性和校準傳感器數據是一個由來已久的困難。此外，許多MCU、傳感器和數據處理、通信電路和外圍設備并非設計用于在極端環境中運行。如果沒有較寬的工作溫度范圍，來自所連接傳感器的信息可能會失去準確性并最終變得無法使用。除非傳感器、處理和通信中的每個組件和電路都能夠在整個環境要求下簡化操作。

高效 MCU 和豐富的選項如何支持傳感器應用 滿足上一節中列出的挑戰，同時保持較低的 MCU 和傳感器成本和較小的傳感器尺寸，從而減輕了傳感器應用

設計人員和開發人員的負擔。Microchip設計了多個MCU系列以及各種傳感器、開發板和工具，以應對這些挑戰。Microchip MCU內置的功能非常適合傳感器應用，包括：

? 超低功耗（XLP）操作

? 智能片上外設? 使用加密引擎和密鑰存儲

實現安全數據傳輸 ? 高度集成的模擬外設

? 兼容通常用于傳感器通信

的現代模擬和數字信號超低功耗運行和獨立于內核的外設延長電池壽命 Microchip認識到需要延長電池壽命

，因此通過幾個稱為超低功耗（XLP）規范的內部標準，進一步發展了其MCU的低功耗功能。內部 XLP 規范具有低睡眠和低功耗的特點。其中包括低至 9 nA 的休眠電流、低至 300 nA 的實時時鐘和低至 200 nA 的看門狗定時器 （WDT）。XLP MCU 還提供節能功能，例如 Vdd 損耗自動切換、實時時鐘/日歷 （RTCC） 以及從 1.8V 至 3.6V 備用電源單獨供電的能力。

XLP MCU產品組合也足夠龐大，可以提供滿足許多低功耗應用需求的性能和功能。這些MC我們的產品范圍從 8 到 121 引腳、4 KB 到 1 MB 閃存以及多種封裝尺寸和類型。它們還設計有源模式電流低至 30 μA/MHz，以及具有超過 90% 單周期指令的高效指令集。其中許多 MCU 采用 QFN、uQFN 和芯片級封裝，占用空間更小，適用于空間受限的設計。

此外，一些Microchip MCU配備了獨立于內核的外設（CIP），允許這些外設無需打開或運行主MCU內核即可運行。CIP 與其他高度集成的外設一起減少了能耗并縮短了開發時間。XLP MCU CIP 包括運算放大器、LCD 驅動器、USB、電容式觸摸傳感、DMA 和加密模塊。因此，這些MCU在外設正常運行期間使用的處理能力要少得多，并進一步擴展了低功耗操作。

連接多樣性有利于傳感器

許多 8 位和 16 位 MCU 的模擬和數字通信能力受到限制。這嚴重阻礙了傳感器的發展，因為各種類型的傳感器提出了不同的接口和通信要求。例如，一些現代加速度計可能需要多個數字信號通道或快速串行接口，而舊式運動檢測傳感器可能需要精確的模擬轉換和比較。因此，Microchip MCU通常包括多種類型的集成模數轉換器（ADC）、運算放大器（op-amp）、模擬比較器和數模轉換器（DAC），以增強信號調理。

傳感器選項簡化設計

雖然外部傳感器支持廣泛的應用，但有幾個主傳感器如果集成，可以減少 BOM、占用空間、節省功耗、降低噪聲并提高可靠性。這些傳感器包括本地溫度和電容式觸摸控制器。許多Microchip MCU具有集成的溫度和觸摸控制器，無需通用外部組件。

在需要各種傳感器的情況下，Microchip還提供許多其他傳感器，例如濕度，接近度，天氣，溫度，加速度，位置，空氣質量，酒精，CO，壓差，電流，心率，陀螺儀，甲烷，液化石油氣，氫氣和指南針傳感。這些傳感器中的大多數使用數字信號連接和自校準，無需額外的硬件設計和開發時間從模擬輸入校準傳感器。

為了進一步簡化開發，Microchip提供了許多這樣的傳感器類型作為MikroElektronika Click板?。這些與Microchip的好奇號和Explorer開發板上包含的Click板接口兼容。這些用于傳感器應用的開發板、代碼示例和軟件庫減輕了傳感器類型、應用的試驗和原型設計負擔，并加快了開發時間。

結論

通過增強傳感器的使用使幾乎所有市場受益的大量機會令人難以置信。由于傳感器落銷的成本和尺寸，在過去幾年中出現了全新的行業分支g 低于臨界閾值。從醫療傳感、智能計量/智能電網到廣泛的物聯網，低成本和小尺寸傳感器和MCU是智能系統的重要推動因素，可創建更安全、更可靠、更高效的系統。

然而，能夠促進這些新應用的傳感器的精度、性能和通信要求不斷提高，這給傳感器設計人員和開發人員帶來了額外的負擔。Microchip提供MCU、傳感器和開發工具，允許以更小的尺寸提供低成本的傳感器模塊，并通過與模塊化傳感器板兼容的豐富功能開發板降低開發成本。

審核編輯：郭婷