adi 传感器 ADI的传感器，如何赋能工业？

发布时间：2024-10-07 02:10:23

ADI的传感器，如何赋能工业？

关于ADI，除了信号链和电源管理芯片以外，他们在传感器方面的成就也是有目共睹的。作为一家全球领先的模拟芯片厂商，ADI从1987年就开始投入MEMS传感器的研发，随后的发展中，ADI发布了多系列的传感器产品，为消费、工业和汽车等市场提供了全方位的支持。关于ADI对传感器市场的看法，可参考半导体行业观察之前的文章《ADI眼里的传感器市场》。在近日举办的Sensor Shenzhen大会上，半导体行业观察与ADI中国区工业市场总监蔡振宇进行了一番交流，听他分享了ADI传感器如何赋能工业的案例。

用传感器，“把脉”电机 过去几年，在智能工业的推动下，工业市场迎来了翻天覆地的变化。归根到底，就是行业正希望利用先进的处理、传感和互联技术来提高生产的效率。这推动ADI打造了基于AI的电机预测性维护的智能电机传感器解决方案——Smart Motor Senor（SMS）。我们知道，过去很多这种电机检测方案都是在设备前期设计的时候，将其考虑进去，并将相关功能集成到里面。对于大部分的现有传统设备而言，这种升级方案较为复杂和昂贵。而且市场上的大部分产品，只可以简单地判断电机的正常和故障，但要真正判断有几种问题，在哪里出现问题，这是目前市面上的其他方案做不到的。 ADI的这个方案主要是为了解决这些问题而生的。据介绍，ADI的整个方案内部是一块PCB板，上面集成了5个ADI自主研发的传感器，其中包括2个振动传感器，具备高精度、高性能的特点。此外，该方案还集成了2个温度传感器，还有1个磁场传感器，让其可以执行更多的功能。蔡振宇则表示：“ADI这个方案非常有特点的地方就是，它不用放在电机里面，而是放在电机外壳通过振动、磁场和温度去判断电机运行的状况，”他进一步指出，这个方案在通过前期录入电机数据、了解学习机器的运行状况以后，就可在后续的工作过程中像老中医一样诊断电机的9种常见的机械和电气故障，并在这些故障发生以前，给出一些相应的指示或警告。如上所述，ADI这个方案其实某种程度上还是要依赖于数据库，这也是ADI多年深耕的成果。蔡振宇告诉半导体行业观察，国内一些做振动传感器的厂商，会有专门的电机专家团队，根据电机产生的频谱分析。而在ADI，则相当于把类似专家的知识“数字化”了，依托于数据库，电机可以根据运行时产生的频谱，（通过数据分析）来判断大概会在哪些地方可能发生问题。 “所以我们开玩笑说电机有了数据分析能力后，有点像经验丰富的老中医，数据库让电机拥有类似中医学习20年的积累，所以‘号脉’也会比较精准。”蔡振宇告诉半导体行业观察，他表示，有了ADI OtoSense SMS解决方案，就不再需要巡检人员，而是在出现故障提醒之后，派人去到具体的设备维修具体的位置，从而大大降低运营成本。值得一提的是，ADI这个方案还是用电池供电的，在使用4节5号电池的情况下，能够工作一年，这大大提高了该方案的可用性和便利性。

用ToF，赋能工业 如果要从近年来的传感器领域评选热门词，必然要给ToF留下一个位置。在苹果推动下，这个技术被用在手机之后，ToF在面世多年以后终于迎来了大爆发。虽然最后在手机上的发展不尽如人意，但并没有影响该技术继续往前推进。例如近年来，ToF就在工业场景落地开花，ADI正是率先将ToF应用于工业领域的芯片厂商。据蔡振宇介绍，ToF在工业领域大有可为。他表示，现在高速发展的机器人背后的技术支撑就是“机器视觉”。当前，厂商使用的是RGB+D，也是普通摄像机加一个景深摄像机的方案。如AMR（移动机器人）、AGV（自动导向车）和智能物流等搬运场景中的应用就是使用这类方案。“在这些应用中，ToF会非常有前景。”蔡振宇说。针对上述应用，ADI也带来了领先的ToF解决方案。 ADI在官网中表示，公司提供了值得信赖的、行业领先的，包括高分辨率 CMOS 成像芯片 (1 MP)、深度计算以及毫米精度处理、激光驱动器和电源管理，以及开发工具和软件/固件的iToF和ToF解决方案，可实现并增强工业视觉系统和相机的性能。据半导体行业观察了解，ADI这些ToF方案拥有其他厂商不具备的优势：一方面，有别于市场上基于CCD技术的iToF产品，ADI的ToF传感器是基于CMOS技术。这也让公司成为了市场上第一家具有一百万像素（1MP）的ToF传感器产品；另一方面，ADI还有独特的调制方案（modulation schemes）。相比于使用双频四相（2 frequencies, 4 phases）方案，ADI三频三相方案，可以实现4.5米的探测范围内误差不超过正负五毫米的超高精度。基于这些领先优势，ADI能够帮助客户在如机器人的视觉识别与避障、利用传感器精确测量物体尺寸等诸多工业领域快速转化为应用与商业优势。而为了简化客户的开发，ADI甚至还给客户提供了一个开箱即用的方案——整个模块的设计、验证、调教和工程都是由ADI完成，客户直接使用即可。在Sensor Shenzhen现场，ADI还带来了领先的ADTF3175模块展示。据介绍，在该模块中，除了有ADI的ADSD3100 ToF传感器，还有部分电源类产品以及其他供应商提供的光学系统。得益于这些领先的设计，该系统不仅具备高像素、低噪音、超高精度等特点，还能够在设备端直接进行复杂的数据处理，大大提高了制造流程的灵活性和智能水平。通过ADI的这个传感器我们也能看到，现代工业传感器已不仅仅是数据采集的工具，而是成为智能决策的参与者。 传感器，创造更多可能 在Sensor Shenzhen上，ADI还带来了公司新型的磁阻传感器产品。据介绍，该产品最大的特色就是能测量导线边上的磁通。于是，在实际应用中，ADI就利用各向异性磁阻 (AMR) 传感器做了一个非接触电流检测参考方案。其中，最核心的芯片就是那颗AMR芯——ADAF1080。据介绍，ADAF1080是一款集成了信号调理功能的单轴、高精度磁场传感器。该器件内置各向异性磁阻 (AMR) 传感器，集成信号调理放大器、电气偏移消除功能、集成诊断功能和模数转换器 (ADC) 驱动器，可准确测量高达 ±8 mT 的磁场。此外，ADAF1080 在一个封装内集成两个芯片，即一个 AMR 传感器和一个专用 IC (ASIC)。ADAF1080 提供精密放大输出信号，该信号与沿传感器敏感轴的磁场强度成正比。输出电压与电源电压成比例，共模电压为外部 VSET 输入引脚上所设置电压的一半。在蔡振宇看来，这样的一个检测方案有多个优势：首先，这种非接触式的产品能够很简单且安全地做到大电流的测试（例如在Sensor Shenzhen现场展示产品就可以测量到500A），突破了传统电流测量方法的安全性与可靠性瓶颈；其次，电流通过导线的时候会产生相应的磁场，输出的全部是模拟的电压值。然后，通过某些算法进行计算，把最后的电流值告诉用户，这就让这个产品获得更好的精度、线性度与低噪声特性等优势。综上所述，借助ADI这样的一个方案，能让大型电机、变压器、电缆等设备高电流监测问题迎刃而解。虽然屡屡创新，但ADI并不满足于此。如为了解决断电后机器人重新定位难题而设计，ADI计划将推出一款单芯片角度和多圈编码器位置传感器ADMT4000，用来替代一些传统的光栅编码器。蔡振宇表示，在电机转动过程中，以前是用光栅来了解电机的转速和电机位置，通过光转到哪里或者是计数计到几圈来判断电机的速度和位置。现在，ADI用磁场去代替光的位置，优势是比较明显。 ADI也表示，ADMT4000凭借其独特的技术特性，能够无源、非接触地跟踪多圈旋转，无需电源或物理接触即可实现精确位置监测。结合单圈传感器使用，ADMT4000能够取代传统的齿轮减速机构，以及线性传感器（包括线束和连接器），极大地简化了系统设计，减少了潜在故障点。在ADI看来，现在磁阻传感器几乎渗透到了各行各业的关键环节，而ADI凭借更深入的信号链集成优势在市场上独树一帜。ADI举例说，在AMR传感上集成了信号调理放大器和ADC驱动器，众所周知系统的组成部分越多，那么对每个组成部分的灵敏度及误差要求就越高，但ADI能够保证在高集成度下同时保持高精度的控制性能。 写在最后 和以往一样，蔡振宇在受访中再次强调，ADI非常重视中国市场，尤其是工业市场，更是ADI的重中之重。所以ADI正在将更多的产品推到这个市场，引领中国企业创新。ADI也将继续前进，和客户携手并进。为了更好地服务中国客户，ADI在2019年成立中国产品事业部。在蔡振宇看来，这体现了公司对中国市场和客户重要承诺。 “ADI中国集需求调研、产品定义、研发、市场销售与运营全方面能力于一身，并逐步完善本地供应链与生产合作体系。这使ADI中国能够敏捷地响应本地市场的创新需求，和各行各业的中国客户一起实现创新。”蔡振宇说。当然，工业市场也不例外。

出手即王炸，ADI推出百万像素级ToF传感器解决方案

日前，在ADI进博会展台上，ADI MEMS和传感器事业部总经理Tony Zarola带来了公司最新的iToF传感器模组ADTF3175以及工业扫描相机的实物，中国客户得以首次近距离直观感受该产品的魅力。此前，该产品曾在Embedded World 2022上亮相，备受市场关注的同时，还斩获了2023年CES创新奖。

ToF并不算一个最新的技术，其早已应用于诸如手机、扫地机等产品中，但ADI正在通过一系列创新，使其可以激发出更多的创新。

Tony Zarola手里拿着的正是ADTF3175模块

ADI的独门秘籍

ToF是Time of Flight缩写，直译为飞行时间。其基本原理是通过连续发射光脉冲到被观测物体上，然后接收从物体反射回去的光脉冲，通过探测光脉冲的飞行（往返）时间来计算被测物体离相机的距离。

虽然原理简单，但ToF有个天然的多路径干扰问题，就像无线信号从发射端天线到接收端天线经过不同路径一样，光波也会通过不同的路径反射回来，致使其测量的距离失真，尤其是对于复杂的工业成像场景，精度和准确度会成为最大障碍，尤其是iToF准确率更低。

ADI iToF正在通过一系列创新，以解决这些技术瓶颈，特别是在精度和准确度方面，经由ADI强大且全面的信号链技术，使ToF技术再一次腾飞。

首先，与市场上传统的基于CCD技术的iToF产品不同，ADI的ToF传感器产品是基于CMOS技术的，因此成为了市场上第一家具有一百万像素（1MP）的ToF传感器产品。

第二，ADI有独特的调制方案（modulation schemes）。相比于使用双频四相（2 frequencies, 4 phases）方案，ADI三频三相方案，可以实现4.5米的探测范围内误差不超过正负五毫米的超高精度。

最后，通过以上两点差异化特点，以及ADI的产品优势，其能够帮助客户在诸多工业领域快速转化为应用与商业优势。比如机器人的视觉识别与避障、利用传感器精确测量物体尺寸等等场景。

显然，通过更高精度的成像，iToF将应用到更多以前无法想象的场景中。

图中明显可以看到，随着分辨率及精度的提高，物体的信息更加清晰。

如何超越硅？

“Beyond the Silicon（超越硅）”是ADI内部一个较为新颖的提法，其内涵是通过提供模组、系统甚至整体解决方案，为客户实现更多价值。

“我们希望客户能够更好、更容易地使用ADI技术，并且将其设计到产品中去，所以我们愿意与生态系统伙伴一起合作。我们会直接向客户询问“这个摄像头会去连到什么上，会用来做什么”这样的问题。这样，客户可以真正把ADI的技术用起来，而非自己或是寻找一个第三方角色来开发解决方案。”Tony说道。

ADTF3175模块上已经打上了ADI的Logo

“很多客户不知道如何制作ToF模块。我们看到了这个痛点，所以决定给客户一个开箱即用的方案。”Tony强调道。“整个模块的设计、验证、调教和工程都是由ADI完成的。”

如图所示，ADTF3175模组中，有ADI的ADSD3100 ToF传感器，此外还有部分电源类产品，光学系统则是由其他供应商提供。Tony强调，因为ToF以每秒30帧速率发射940nm波长的激光，因此系统会产生大量热，散热是除了光学设计的另外一大挑战。“ToF真正的问题不在尺寸，而在于散热。”Tony说道。

同时，ADI还拥有更为完整的系统级方案，包括深度测量ISP以及整个SDK软件工具包，从而可以将使用传感器收集到的原始数据直接转化为点云（point cloud，空间坐标集），或是深度图（depth map），并将计算卸载至ISP中，使整体方案具有极低的时延、芯片功耗与系统功耗，并且客户可以简单直接的拿来使用。

“总而言之，我们通过核心技术的性能与应用来实现ADI产品在市场上的区分，进而为客户交付应用与商业价值。”Tony总结道。

iToF的未来

就在2023年10月，微软宣布停止生产 Azure Kinect Developer Kit，但这并不意味着其不看好iToF的技术前景，相反，是要创造更多同合作伙伴生态系统共同服务的机会。历史上来看，作为iToF技术大放异彩的首个产品，Kinect已经从游戏外设延伸至更多的场景中。

2020年，ADI就宣布与微软达成战略合作，利用其ToF传感器技术，让客户可以轻松创建高性能3D应用，实现更高的深度精度，而不受具体的环境条件限制。ADI将基于Microsoft Azure Kinect技术，为工业4.0、汽车、游戏、增强现实、计算摄影和摄像等领域中广泛的受众提供领先的ToF解决方案。

也正如微软Swati Mehta在公司网站上的一篇文章中（https://techcommunity.microsoft.com/t5/mixed-reality-blog/microsoft-s-azure-kinect-developer-kit-technology-transfers-to/ba-p/3899122）所评论的，ADI已经制定了使该技术大众化且充满活力的路线图。

进博会现场，Tony展示了采用ADI方案的3D建模相机，不仅能通过几张照片，几秒钟内实现快速准确实现建模，而且还能测量出物体的详细尺寸，并不需要任何参考点。实际上在ADI的Demo中，iToF甚至能扫描出一个完整的人物模型。

ToF技术潜在应用场景一览

一家名为Tempo的美国家庭健身器材供应商，最初打算采用Kinect作为其运动与深度测量传感器，但由于Kinect并不是为嵌入式所开发的，在尺寸、功耗等方面存在不足，因此Tempo开始本打算开发自己的ToF模块，然而在与ADI公司ToF团队达成合作后，Tempo决定使用ADI的ToF模块，从而降低系统的尺寸、功耗以及复杂程度，并保持Kinect的相关性能。该案例足以说明在获得微软的授权后，Kinect的ToF技术将得到更为广泛的应用可能。

除了工业领域，深度传感器和成像技术的广泛应用可能带来超出我们想象的智能设备，或者会出现全新的技术，让智能镜和AR耳机变得和扫地机器人一样平常。而这一切的基础都将归功于高精度的iToF。

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出手即王炸，ADI推出百万像素级ToF传感器解决方案

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